华科开题报告

1 / 9 华科开题报告 華中科技大学 本科生毕业设计开题报告 题 目： AES 加解密电路的设计 学 号 姓 名 指 导 教 师 院专业 华中科技大学教务处制 i 选 题 报 告 要 求 一、 课题的来源、目的、意义。国内外基本研究情况。 二、 预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题的方案和 主要措施。 三、 课题研究 进展计划。 四、 主要参考文献。 五、 指导教师评语、教研室审查意见。 ii 一 课题的来源、目的、意义。国内外基本研究情2 / 9 况。 课题的来源、目的、意义。 AES 简介： 1977 年 1 月数据加密标准 DES 正式向社会公布，它是世界上第一个公认的实用分组密码算法标准。但 DES 在经过 20 年的实践应用后，现在已被认为是不可靠的。 1997 年1月 2日美国国家标准和技术研究所 发布了高级加密标准的研发计划，并于同年 9 月 12 日正式发布了征集候 选算法公告 , NIST 希望确定一种保护敏感信息的公开、免费并且全球通用的算法作为 AES，以代替 DES。在征集公告中， NIST对算法的基本要求是 :算法必须是私钥体制的分组密码，支持 128 位分组长度和 129, 192, 256bits 密钥长度。经过三轮遴选， Rijndael 最终胜出。 2001 年 11 月 26 日联邦信息处理标准出版社发布了正式的 AES 标准即 FIPS PUBS 197，其中制定的标准生效时间为 2002 年 5 月 26 日。 Rijndael 算法是一种可变分组长度和密钥长度的迭代型分组密码，它的分组长度和密钥 长度均可独立地指定为 128bits, 192bits, 256bits，它以其安全性和多方面的优良性能，成为 AES 的最佳选择。 Rijndael 算法能抵抗现在的所有己知密码攻击，它在广泛的计算环境中的硬件和软件实现性能都表现得非常优秀，它的密钥建立时间极短且灵活性强，它极低的内存要求使其非常适合在存储器受限的环境中使用，并且表现出3 / 9 很好的性能。 课题来源： 本课题来源于国家 863 高技术研究发展计划“低成本，低功耗，高安全性无线传感器网络节点芯片设计” 湖北省自然科学基金资助项 目“微传感器系统 SOC集成技术研究” 华中科技大学校基金重点资助项目“信息安全片上系统的防护机制研究”； 课题目的： 随着计算机应用范围的不断扩大，特别是在Internet 高速发展的今天，如何保障计算机用户通过网络所传递的数据的私密性，如何保障涉密信息能够安全的利用计算机来进行处理等计算机和网络应用中信息安全的问题日益引起人们的关注。随着 Internet 的不断发展，基于Internet 的应用的领域和深度与日俱增，电子商务，电子政务等与人们日常生活和工作息息相关的 Internet 应用也正越来越为人们所接受。当人们在享受这些应用带来的高效和便捷的同时，也时刻面临着各式各样的信息安全问题，而这些问题也正成为当前影响 Internet 应用继续发 展的瓶颈。利用数据加密算法，尤其是新的高级数据加密标准 AES，对数据进行加密来保障信息传输与存储的安全性已经被证明是行之有效的。因而，研究数据加密算法的4 / 9 实现与加解密电路的设计对于解决 Internet 应用中的各项安全问题就有着很重要的作用。 本课题的目的旨在通过仔细研究和分析高级加密标准 AES，在此基础上对 AES 算法的 ASIC 结构进行优化，设计出密码芯片。同时在设计中学习大规模集成电路的设计方法和设计流程，一些仿真，综合软件的应用， VHDL 语言的编写，为以后的工作和进一步学习打下坚实的基础。 课题意义： 随着 Internet 的快速发展，基于 Internet 的各种应用也日益增长。但是，由于 Internet 是一个极度开放的环境，任何人都可以在任何时间、任何地点接入 Internet获取所需的信息，这也使得在 Internet 上信息传输及存储的安全问题成为影响 Internet 应用发展的重要因素。信息安全技术也就 成为了人们研究 Internet 应用的新热点。信息安全的研究包括密码理论与技术、安全协议与技术 、安全体系结构理论、信息对抗理论与技术、网络安全与安全产品等领域，其中密码算法的理论与实现研究是信息安全研究的基础。而确保数据加密算法实现的可靠性和安全性对于算法理论应用到各种安全产品中起到了至关重要的作用。 AES 产品取代 DES 产品己是必然 .对 AES 的实现和应用进行探讨和研究就具有较大的理论和现实意义。 5 / 9 国内外基本研究情况 目前 AES 算法的理论研究主要集中在设计原理、安全 性能分析和统计性能分析上。 对于设计原理，主要研究算法设计遵循的原则和整体结构。 AES 算法所遵循的是安全性和实现性原则，在整体结构上采用的是 SP 网络结构。对于安全性能，主要研究 AES算法抵抗现有已知密码攻击的能力。当前主要攻击手段有 :强力攻击、差分密码分析，线性密码分析， Square 攻击和插值攻击等。目前密码分析又有了新的进展，积分分析、功耗分析和代数攻击成为新的研究方向。对于统计性能，主要研究算法随机化数据的能力，目前国内外研究都比较少。 AES 密码算法通常用软件或硬件实现。软件实现易受使用条件限制，而且易受到破坏，影响数据传输质量。硬件实现是用专用芯片实现密码算法，通过芯片对数据进行加密。密码专用芯片是实现信息安全与保密的基础核心产品，具有高保密性，高加密速率，高可靠性，体积小，重量轻，易于实现复杂功能，易于嵌入，总体成本低等优点，因此 AES 密码芯片在无线通信和 Internet 应用有着广 阔的市场前景。 自从 AES 公布以来，全世界各地提出了许多 AES 核心算法的实现方法，但它们大多基于软件的实现。软件 PC实现主要是用高 级语言实现算法，并测试不同工作模式下的6 / 9 性能，商用的软件加密产品还未见到。对于硬件实现，国外一些机构和大学推出了供测试的 AES 核，如美国 GMU,NSA, Helion 技术有限公司等大学和机构。他们提供的 AES 核大都支持 NIST 所要求的三种密钥长度，具有较快的加、解密速度。 二 预计达到的目标、关键理论和技术、技术指标、完成课题 的方案和主要措施。 预期达到的目标 设计一个 AES 加解密电路，并进行仿真调试，使其功能验证正确，并优化电路性能； 1.熟 悉 IC 设计的流程以及仿真工具的使用； 2.对设计的加密电路进行仿真，功能验证； 3.能够从面积、速度等方面优化电路设计； 关键理论和技术 由于 AES 分组密码算法的加密和解密是不对称的，所以在硬件的设计过程中，尽量复用运算功能相同的单元，减小了芯片的面积；关掉处于空闲状态模块的时钟，降低了功耗；提前计算轮密钥并采用流水线结构，既降低了控制模块的复杂性又提高了芯片的吞吐量。 具体包括： 1 在字节替换模块实现中，提出了一种模块复用7 / 9 技术， 该技术使用同一模块实现加密和解密过程中不同的S-BOX 非线性求逆运算，从而节约了大量的硬件资源； 2. 在常规轮变换中，提出了一种密钥加法和列混合变换集成化的硬件结构设计，通过一定的条件选择，使得同一个模块可以实现加密和解密中的线性，变换既消除了加解密硬件结构的不同又节约了大量的硬件资源； 3. 采用流水线结构，固定的密钥长度，减少了控制模块的复杂性，使加解密速度相同提高了芯片加解密数据的吞吐速率； 4. 采用门控时钟技术以降低芯片的功耗。密钥生成时关掉处于空闲状态的加 解密核的时钟，加解密时关掉处于空闲状态密钥生成模块的时钟，降低了芯片的功 太 原 科 技 大 学 华 科 学 院 毕业设计开题报告 学 生 姓 名： 学 院、系： 专 业： 论 文 题 目： 指导教师 : 2016 年 11 月 20 日 学 号： 计算机科学与技术系 信息管理与信息系统 092202H 毕 业 设 计 开 题 报 告 毕 业 设 计 开 题 报 告 研 究 生 开 题 报 告 8 / 9 题 目： 学 号姓 名专 业指 导 教 师院 xxx xxx xxx xxx xxx 华中科技大学研究生院制 开题报告要求 一、课题来源。 二、拟研究的问题以及研究的理论或实际应用意义或价值。 三、国内外相关研究与实践的综述。 四、主要研究内容。 五、课题研究拟采用哪些方法和手段，完成论文的实验条件等。 六、研究过程中预计可能遇到的困难或问题，并提出解决的方法和 措施。 七、计划进度。 八、主要参 考文献。 附注： 1 2 3 4