開題報告范例華科

1、精品文檔華中科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目 ： AES（高級數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)）加解密電路的設(shè)計學(xué)號姓名郭文平指導(dǎo)教師劉政林院（系）專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)華中科技大學(xué)教務(wù)處制。i歡迎下載精品文檔選題報告要求一、課題的來源、目的、意義。國內(nèi)外基本研究情況。二、預(yù)計達到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)、完成課題的方案和主要措施。三、課題研究進展計劃。四、主要參考文獻。五、指導(dǎo)教師評語、教研室（系、所）審查意見。ii歡迎下載精品文檔一 課題的來源、目的、意義。國內(nèi)外基本研究情況。1.1 課題的來源、目的、意義。AES簡介：1977年1月數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn) DES(Data Encryption Stan

2、dard)正式向社會公布，它是世界上第一個公認(rèn)的實用分組密碼算法標(biāo)準(zhǔn)。但 DES在經(jīng)過 20年的實踐應(yīng)用后，現(xiàn)在已被認(rèn)為是不可靠的。 1997年1月2日美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所 (NIST) 發(fā)布了高級加密標(biāo)準(zhǔn) (AES-FIPS) 的研發(fā)計劃，并于同年 9月 12日正式發(fā)布了征集候選算法公告 "', NIST希望確定一種保護敏感信息的公開、免費并且全球通用的算法作為 AES，以代替 DES。在征集公告中， NIST對算法的基本要求是 : 算法必須是私鑰體制的分組密碼，支持 128位分組長度和 129, 192, 256bits 密鑰長度。經(jīng)過三輪遴選， Rijndael 最

3、終勝出。 2001年11月26日聯(lián)邦信息處理標(biāo)準(zhǔn)出版社發(fā)布了正式的 AES標(biāo)準(zhǔn)即 FIPS PUBS197，其中制定的標(biāo)準(zhǔn)生效時間為 2002年5月26日。Rijndael算法是一種可變分組長度和密鑰長度的迭代型分組密碼，它的分組長度和密鑰長度均可獨立地指定為128bits, 192bits, 256bits，它以其安全性和多方面的優(yōu)良性能，成為 AES的最佳選擇。 Rijndael 算法能抵抗現(xiàn)在的所有己知密碼攻擊，它在廣泛的計算環(huán)境中的硬件和軟件實現(xiàn)性能都表現(xiàn)得非常優(yōu)秀， 它的密鑰建立時間極短且靈活性強， 它極低的內(nèi)存要求使其非常適合在存儲器受限的環(huán)境中使用，并且表現(xiàn)出很好的性能。課題來源

4、：本課題來源于國家 863高技術(shù)研究發(fā)展計劃 “低成本，低功耗，高安全性無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點芯片設(shè)計”（ 2006AA01Z226）湖北省自然科學(xué)基金資助項目“微傳感器系統(tǒng)SOC集成技術(shù)研究”（ 2006ABA080）華中科技大學(xué)校基金重點資助項目“信息安全片上系統(tǒng)（ SOC）的防護機制研究”（ 2006Z011B）；課題目的：隨著計算機應(yīng)用范圍的不斷擴大， 特別是在 Internet 高速發(fā)展的今天， 如何保障計算機用戶通過網(wǎng)絡(luò)所傳遞的數(shù)據(jù)的私密性， 如何保障涉密信息能夠安全的利用計算機來進行處理等計算機和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中信息安全的問題日益引起人們的關(guān)注。隨著 Internet 的不斷發(fā)展，基于 I

5、nternet 的應(yīng)用的領(lǐng)域和深度與日俱增，電子商務(wù)，電子政務(wù)等與人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ飨⑾⑾嚓P(guān)的 Internet 應(yīng)用也正越來越為人們所接受。 當(dāng)人們在享受這些應(yīng)用帶來的高效和便捷的同時， 也時刻面臨著各式各樣的信息安全問題， 而這些問題也正成為當(dāng)前影響 Internet 應(yīng)用繼續(xù)發(fā)展的瓶頸。利用數(shù)據(jù)加密算法，尤其是新的高級數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)AES，對數(shù)據(jù)進行。iii歡迎下載精品文檔加密來保障信息傳輸與存儲的安全性已經(jīng)被證明是行之有效的。 因而，研究數(shù)據(jù)加密算法的實現(xiàn)與加解密電路的設(shè)計對于解決 Internet 應(yīng)用中的各項安全問題就有著很重要的作用。本課題的目的旨在通過仔細(xì)研究和分析高級加密標(biāo)準(zhǔn)

6、AES，在此基礎(chǔ)上對 AES 算法的 ASIC結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化， 設(shè)計出密碼芯片。 同時在設(shè)計中學(xué)習(xí)大規(guī)模集成電路的設(shè)計方法和設(shè)計流程，一些仿真，綜合軟件的應(yīng)用， VHDL語言的編寫，為以后的工作和進一步學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。課題意義：隨著 Internet 的快速發(fā)展， 基于 Internet 的各種應(yīng)用也日益增長。但是， 由于 Internet 是一個極度開放的環(huán)境，任何人都可以在任何時間、任何地點接入Internet獲取所需的信息， 這也使得在 Internet上信息傳輸及存儲的安全問題成為影響 Internet應(yīng)用發(fā)展的重要因素。信息安全技術(shù)也就成為了人們研究Internet應(yīng)用的新熱點。信

7、息安全的研究包括密碼理論與技術(shù)、安全協(xié)議與技術(shù)、安全體系結(jié)構(gòu)理論、信息對抗理論與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)安全與安全產(chǎn)品等領(lǐng)域，其中密碼算法的理論與實現(xiàn)研究是信息安全研究的基礎(chǔ)。而確保數(shù)據(jù)加密算法實現(xiàn)的可靠性和安全性對于算法理論應(yīng)用到各種安全產(chǎn)品中起到了至關(guān)重要的作用。 AES 產(chǎn)品取代 DES產(chǎn)品己是必然 . 對AES的實現(xiàn)和應(yīng)用進行探討和研究就具有較大的理論和現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外基本研究情況目前 AES算法的理論研究主要集中在設(shè)計原理、 安全性能分析和統(tǒng)計性能分析上。對于設(shè)計原理，主要研究算法設(shè)計遵循的原則和整體結(jié)構(gòu)。 AES算法所遵循的是安全性和實現(xiàn)性原則， 在整體結(jié)構(gòu)上采用的是 SP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對于安

8、全性能，主要研究 AES算法抵抗現(xiàn)有已知密碼攻擊的能力。當(dāng)前主要攻擊手段有 : 強力攻擊、差分密碼分析，線性密碼分析， Square 攻擊和插值攻擊等。目前密碼分析又有了新的進展，積分分析、 功耗分析和代數(shù)攻擊成為新的研究方向。 對于統(tǒng)計性能，主要研究算法隨機化數(shù)據(jù)的能力，目前國內(nèi)外研究都比較少。AES 密碼算法通常用軟件或硬件實現(xiàn)。 軟件實現(xiàn)易受使用條件限制， 而且易受到破壞，影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。 硬件實現(xiàn)是用專用芯片實現(xiàn)密碼算法， 通過芯片對數(shù)據(jù)進行加密。 密碼專用芯片是實現(xiàn)信息安全與保密的基礎(chǔ)核心產(chǎn)品， 具有高保密性，高加密速率，高可靠性，體積小，重量輕，易于實現(xiàn)復(fù)雜功能，易于嵌入，總體成

9、本低等優(yōu)點， 因此 AES 密碼芯片在無線通信和 Internet 應(yīng)用有著廣闊的市場前景。iv歡迎下載精品文檔自從 AES 公布以來，全世界各地提出了許多 AES 核心算法的實現(xiàn)方法，但它們大多基于軟件的實現(xiàn)。軟件 PC實現(xiàn)主要是用高級語言實現(xiàn)算法，并測試不同工作模式下的性能，商用的軟件加密產(chǎn)品還未見到。對于硬件實現(xiàn)， 國外一些機構(gòu)和大學(xué)推出了供測試的 AES核(core) ，如美國 GMU,NSA,Helion 技術(shù)有限公司等大學(xué)和機構(gòu)。他們提供的 AES核大都支持 NIST 所要求的三種密鑰長度，具有較快的加、解密速度。二 預(yù)計達到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、技術(shù)指標(biāo)、完成課題的方案和主要措

10、施。2.1 預(yù)期達到的目標(biāo)設(shè)計一個 AES加解密電路， 并進行仿真調(diào)試，使其功能驗證正確，并優(yōu)化電路性能；1. 熟悉 IC 設(shè)計的流程以及仿真工具的使用；2. 對設(shè)計的加密電路進行仿真，功能驗證；3. 能夠從面積、速度等方面優(yōu)化電路設(shè)計；2.2 關(guān)鍵理論和技術(shù)由于 AES 分組密碼算法的加密和解密是不對稱的，所以在硬件的設(shè)計過程中，盡量復(fù)用運算功能相同的單元，減小了芯片的面積； 關(guān)掉處于空閑狀態(tài)模塊的時鐘，降低了功耗； 提前計算輪密鑰并采用流水線結(jié)構(gòu)，既降低了控制模塊的復(fù)雜性又提高了芯片的吞吐量。具體包括：1 在字節(jié)替換模塊實現(xiàn)中，提出了一種模塊復(fù)用技術(shù)，該技術(shù)使用同一模塊實現(xiàn)加密和解密過程中

11、不同的 S-BOX 非線性求逆運算，從而節(jié)約了大量的硬件資源；2. 在常規(guī)輪變換中，提出了一種密鑰加法和列混合變換集成化的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過一定的條件選擇， 使得同一個模塊可以實現(xiàn)加密和解密中的線性， 變換既消除了加解密硬件結(jié)構(gòu)的不同又節(jié)約了大量的硬件資源；3. 采用流水線結(jié)構(gòu)，固定的密鑰長度，減少了控制模塊的復(fù)雜性，使加解密速度相同提高了芯片加解密數(shù)據(jù)的吞吐速率；4. 采用門控時鐘技術(shù)以降低芯片的功耗。密鑰生成時關(guān)掉處于空閑狀態(tài)的加解密核的時鐘， 加解密時關(guān)掉處于空閑狀態(tài)密鑰生成模塊的時鐘， 降低了芯片的功耗。2.3 技術(shù)指標(biāo)。v歡迎下載精品文檔要使最后設(shè)計的加密電路面積盡量小，速度盡量快，

12、另外， 也要滿足高吞吐量的要求。2.4 完成課題的方案和主要措施本課題中要實現(xiàn)基于 AES的硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計與仿真，預(yù)備以以下方案步驟實施：1. S 盒子的設(shè)計與仿真2. 列混合變換和密鑰加法的組合?？斓脑O(shè)計與仿真3. 輪密鑰的產(chǎn)生模塊的設(shè)計與仿真4. 對整體 AES 芯片的邏輯綜合物理設(shè)計仿真與分析主要措施：1. 對于 SubBytes() 和 InvSubBytes() 的設(shè)計，復(fù)用加解密中不同的兩個 S-BOX 的求逆模塊，以實現(xiàn)加解密時的字節(jié)替換功能。 在輪結(jié)構(gòu)中集成四塊字節(jié)替換模塊，實現(xiàn)一個字的替換。2. 對于 AddRoundkey 和Inv MixColumns 的設(shè)計，在常規(guī)輪中

13、把加解密時的密鑰加與列混合變換集成在同一模塊，通過加解密信號的選擇實現(xiàn)了加解密的功能，這樣就可以消除加解密硬件結(jié)構(gòu)的差異， 同時也簡化了解密時輪密鑰處理的復(fù)雜性。3. 采用流水線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)加解密是本設(shè)計的主要模塊， 為了提高其數(shù)據(jù)吞吐速率，采用流水線結(jié)構(gòu)，可以大大的提高芯片的吞吐量。4. 采用門控時鐘技術(shù)， 密鑰生成與加解密操作分時進行，降低芯片的功耗，增加了穩(wěn)定性。三 .課題研究進展計劃。3月 5日 3月 17 日：查找資料；3 月 18 日 3 月 31 日：翻譯英文文獻；4 月 1 日 5 月 19 日：畢業(yè)設(shè)計主要工作；5月 20日 6 月 8 日 ：撰寫論文；6 月 13 日：答辯。

14、四參考文獻1Daemen J,Rijmen V. 谷大武 , 徐勝波譯 . 高級加密標(biāo)準(zhǔn) (AES)算法 Rijndael 的設(shè)計 M. 北京 : 清華大學(xué)出版社 ,2003.2 任艷穎，王彬編著 .IC 設(shè)計基礎(chǔ) . 西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2003.3WolkerstorferJ.,OswaldE.,Lamberger M.:An ASIC Implementationof theAES S-boxesC/ C Boyd ed.ASIACRYPT 2001. Heidelberg Berlin:。vi歡迎下載精品文檔Springer-Verlag,2001:239-254.4P Chodowiec,K Gaj.Very Compact FPGA Implementation of the AESAlgorithmC/CD Walter et al.eds.C