基于FPGA的DES算法加密

摘要 随着通信系统和网络的快速发展，要求数据的通信、处理和存储的安全性和可靠性越来越高。开发安全加密机器，要求具备实时加密，可改变密钥，使用多种算法等性能，因此可重用、参数化的加密核成为一种理想的安全加密设计。关键数据加密算法的软件实施成为重要的系统瓶颈。基于FPGA的高度优化的可编程的硬件安全往解决方案提供了并行处理能力，并且可以达到所要求的加密处理性能(每秒SSL或RSA运算次数)基准。由于FPGA所提供的设计优势，特别是新的高速版本，FPGA已成为开发加/解设备的首选。 本文介绍了des算法的基本原理与加密过程，给出了基于fpga的des算法的硬件实现，并且用quartus ii 实现了模块仿真，验证了des加密算法。 关键词： des算法；加密； fpga； 仿真 ?选题的背景和意义 密码学（Cryptology，Cryptolography）是指秘密书写、加密信息、隐藏信息内容的科学，同时也泛指与密码有关的学科。 加密作为保障数据安全的一种方式，它不是现在才有的，它产生的历史相当久远，它产生起源要追溯到公元2000年(几个世纪了)，虽然它不是现在我们所讲的加密技术(甚至不叫加密)，但作为一种加密的概念，确实早在几个世纪前就诞生了。当时埃及人是最先使用特别的象形文字作为信息编码的，随随时间推移，巴比伦，美索不达米亚和希腊文明都开始使用一些方法来保护他们的书籍信息。 近期加密技术主要应用于军事领域，如美国独立战争、美国内战和两次世界大战。最广为人知的编码机器是German Enigma机，在第二次世界大战中德国人利用它创建了加密信息。此后，由于AlanTuring和Ultra计划以及其他人的努力，终于对德国人的密码进行了破解。当初，计算机的研究就是为了破解德国人的密码，人们并没有想到计算机给今天带来信息革命。随着计算机的发展，运算能力的增强，过去密码都变得十分简单了，于是人们又不断地研究出了新的数据加密方式。 1.1选题的背景 随着信息技术的发展，计算机应用渗透到社会生活的各个领域，特别是在军事中的应用，使人们对信息的依赖程度越来越大，从而使信息安全技术显得格外重要。从技术角度讲，网络安全除了依赖安全的网络通信协议及应用协议外，更多地取决于网络设备如交换机、路由器、网桥等所提供的加/解密功能。目前，基于DES算法的加/解密硬件广泛地应用于军事，卫星通信、网关服务器、机顶盒、视频传输以及其它大量的数据传输业务中。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 随着信信息化建设在我圈的深入开展，信息网络安全已成为普遍关注的课题。 基于国家政策的大力支持和信息安全行业的市场推动，我国的信怠安全产品也逐 步发展成为一个比较完善的产品体系。 信息安全产品所依赖的的安全技术主要包括密码技术、身份认证、访问控制、虚拟专用网(VPN)、公共密钥基础设施(PKI)等。信息技术飞速发震，信息安全领域也在不断变化，信息安全产品的体系不可能一成不变，面将随着技术和市场的变化不断完善。 加密产品主要分为软件加密和硬释加密两种。软件加密是用纯软件方法来实现软件的加密，主要有密码方式、软件自校验方式、许可证管理方式、钥匙盘方式和光盘加密方式等。 5年前，国内加密市场主要局限衣软件加密，当时业界相当一部分人认为，硬件加密终究会被软软件加密代替。然而，随着1995年国外一些著名的加密厂商如彩虹公司、阿拉丁公司等先后进入中国市场，硬件加密有很好的发展势头。与传统的软件加密相比，硬件加密的主要特点是：抗解密强度高，稳定性和兼容性较好。所谓硬件加密是通过软件加密和硬件加密想结合的方式来实现对软件的加密，加密后软件执行时需访问相应的硬件，其典型产品包括加密卡和密码芯片及加密狗等。 目前生产加密工具的厂商不是很多，其中在国际上比较著名的有以色列的阿拉丁和美国的彩虹，而在国内则是金天地和深思洛克。需要指出的是，随着硬加密技术静不断成熟和发展，厂商稍已将重点转到了硬加密产品的研法和生产上。