基于FPGA_的DES加密算法的实现

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一种基于FPGA的DES加密算法实现

ＡｂｔａｔＴｈｐｐｒｒｓｎｓＤＥＳｍｐｅｅｔｔｎａｅｏＦｓｒｃ：ｅａｅｐｅｅｔａｉｌｍｎａｉｂｓｄｎＰＧＡａｄｒｐｓｓｐｉｌｏｎｐｏｏｅｏｔｍａｒｓｕｃｃｅｅＢｙｓｔｉｇ３ｐｐｌｅｓａｅｔｉｏｎｕｃｉｎ，ｉａｃｌｒｔｓｐｏｅｓｎｅｏｒｅｓｈｍ．ｅｔｎｉｅｉｔｇｓｗｉｈｎｒｕｄｆｎｔｏｎｔｃｅｅａｅｒｃｓｉｇｓｅｄＢｙａｈｅｉｇＳｃｅ— ｙｒｕｄｆｎｔｎａｄＳｃｅ— ｙｔａｓｏｍｕｃｉｎｏＧＡ，ｔｅｐｅ．ｃｉｖｎｅｒｔＫｅｏｎｕｃｉｎｅｒｔＫｅｒｎｆｒｆｎｔｏｎＦＰｏｈ
摘
要：讨论了一种基于现场可编程门阵列（ＰＡ）ＦＧ的数据加密标准算法实现．取资源优先方采
案，轮函数内部设置３级流水线，高了整体处理速度；ＦＧＡ上实现密钥轮函数和密钥变换在提在Ｐ
函数，少了相邻流水线级间的逻辑复杂度；用Ｒ减采ＯＭ实现了Ｓ盒的变换功能，少了程序对编减
ｌｇｃｌｏｌｘｔｅｗｅｎａｊｃｎｉｅｉｅｓｄｃｅｓｄｏｉａｃｍｐｅｉｂｔｅｄａｅｔｐｐｌｓｉｅｒａｅ．ＴｈａｅｌｏｅｇｇｓＲｙｎｅｐｐｒａｓｎａｅＯＭＯｔ
ａｃｍｐｉｈＳｂｘｆｎｔｎａｄｒｄｃｓｐｏｒｍ＇ｄｐｎｅｃｎｃｍｐｌｒＴｈｐｒａｈｈｓｈｇｃｏｌ — ｏｕｃｉｎｅｕｅｒｇａｓｅｅｄｎｙｏｏｉ．ｓｏｅｅａｐｏｃａｉｈ

DES加密算法的FPGA实现

ＤＥＳ加密算法的ＦＰＧＡ实现作者：张峰郑春来耶晓东来源：《现代电子技术》2008年第07期摘要：为了实现一块具备高速加密/解密功能的DES芯片，在介绍了DES加密/解密算法原理的基础上，使用Verilog HDL语言对DES算法进行了实现。

仿真结果表明该DES加密/解密模块功能完全正确。

本模块基于Altera公司的Stratix系列EP1S10B672C6芯片，最高工作频率可达106 MHz,数据编码速率最高可达6 Gb/s。

关键词：DES;FPGA;Verilog HDL;编码速率中图分类号：TP309.2文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)07-080-FPGA Implementation of DES Encryption(Shaanxi University of Technology,Hanzhong,723003,China)Abstract：To implement a DES module with high speed encode/decode rate，the paper introduces the principle of DES encryption and the design process of the DES with VerilogHDL.Simulation suggests:the DES module operates well.Download with Altera Stratix series FPGA,EP1S10B672c6,the DES module can work at the clock of 106 MHz,encode/decode rate at6Gbits/s.Keywords：DES;FPGA;Verilog HDL;encode rate1 引言随着通信技术和网络技术的飞速发展，对于数据传输安全性的要求也随之增强，因此人们提出了很多数据加密算法。

基于FPGA的加密算法设计与实现

基于FPGA的加密算法设计与实现近年来，随着社会信息化的不断推进，数据安全性越来越受到广泛关注。

而对于各种形式的数据进行加密便成为了保障数据安全的一种重要手段。

在这种背景下，FPGA基于的加密算法得到了广泛的研究和应用。

本文将着重探讨基于FPGA的加密算法设计与实现。

一、FPGA与加密算法FPGA是可编程逻辑门阵列，它的特点是可重构性强、硬件配置灵活，能够满足各种不同应用的需求。

FPGA在加密算法设计与实现方面具有很大的优势，它不仅能够进行高效的数据加密和解密操作，而且还可以在网络加速、安全路由器等领域得到应用。

二、基于FPGA的加密算法设计1.对称加密算法设计对称加密算法是一种广泛应用的加密算法，在FPGA上进行对称加密算法设计主要包括DES(数据加密标准)、AES(高级加密标准)，这两种算法分别在硬件资源利用率和加密速度方面有不同的优势。

2.非对称加密算法设计非对称加密算法设计主要包括RSA算法和椭圆曲线加密算法，这两种算法在FPGA上的资源利用和加密速度等方面都需要进行优化，同时还需要考虑安全性和稳定性等问题。

三、基于FPGA的加密算法实现1.硬件实现硬件实现主要是针对对称算法设计进行优化，采用硬件电路实现数据加密解密操作，具有加密速度快、安全性高等优点。

对于AES加密算法，硬件实现可采用S-box的共享、Pipelining、流水线相关技术等方法进行优化，以达到更高的加密速度和更高的硬件资源利用率。

2.软件实现软件实现主要是针对对称算法和非对称算法进行，采用CPU的软件程序设计实现数据加密解密。

软件实现主要具有灵活、简单等优点，同样可进行优化和加速。

对于RSA算法，软件实现可以采用Montgomery算法等数学优化算法，以达到加速的效果；对于AES算法，采用SIMD指令集等技术进行加速。

四、FPGA加密算法的安全问题在进行FPGA加密算法设计与实现时，也需要注意其安全性问题。

主要有以下几方面：1.密钥保护：FPGA加密算法的设计中，密钥的保护尤为重要，需要采取适当的安全措施，如物理隔离、动态密钥更新、复杂化密钥算法等方式保护密钥安全。

基于FPGA的DES加密芯片的设计

ｎｅｉｇａｄＡｐｉａｉｎ．０８４（６：３８．ｅｒｎｎｐｌｔｓ２０．４１）８－６ｃｏ
Ａｂｓｒｔ：ＴｈｓｔａｃｉｐａｅｉｒｄｅｔｅｐｒｎｔｏｕｃｓｈｂａｉｐｎｉｅｏｔｅＤＥＳｎｃｙｔｏｓｓｅ，ｃｉｖｓｈｏｉｕｓｃｒｃｐｌｓｆｈｉｅｒｐｉｎｙｔｍａｈｅｅｔｅｐｔｍｍＦＰＧＡｒｃｎｔｕｃｉｅｏｓｒｔｎｇ
ｓｇｆｃｎｅｎｖｌｅｉｎｉａｃａｄａｕ．ｉ
ＫｅｒｓＤｔｎｒｐｉｎＳａｄｒ（Ｓ）ＦＧＡ；ｅｌｇｌｎｕｇ；ａｇａｅｙｗｏｄ：ａａＥｃｙｔｔｎａｄＤＥ；ＰｏＶｒｏａｇａｅＣｌｎｕｇｉ
维普资讯
ＣｍｕｎｉｅｒｇａｄＡｐｉｔｒ计算机工程与应用ｏｐ￣ｒＥｇｎｅｉｎｐｌａｉｉｎｃ。．ｓ
基于ＦＧＡ的ＤＳ加密芯片的设计ＰＥ
蒋存波，朝华，婷婷，孙杜陈铭，程小辉
ＪＡＮＧＣｕ — ｏＳｈｏｈａＤＵＴｎ — ｉｇＣＩｎｂ．ＵＮＣａ — ｕ，ｉｇｔ，ＨＥｉｇＣｎＮＭｎ，ＨＥａ — ｕＮＧＸｉｏｈｉ
桂林工学院，西桂林５１０广４０４
Ｅ—ｍａｌｓｎｃａｈｕ９６＠１．ｏｉ：ｕｈｏａｌ７ｔｍ６３
１引言
ＤＳＤｔＥｃｙｔｎＳａｄｒ）是应用得最为广泛的分Ｅ（ａｎｒｐｉｔａｄ … ａｏｎ

DES算法的实现及安全性分析

DES算法的实现及安全性分析DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，用于加密和解密数据。

DES是一种块加密算法，将输入数据分成64位的块进行加密，输出64位的密文。

DES算法使用一个64位的密钥来加密和解密数据，这个密钥包含56位的有效位和8位的奇偶校验位。

在DES算法中，加密和解密使用相同的密钥。

1.原始数据处理：如果数据长度不是64位的倍数，需要进行填充操作，通常使用0填充。

2.密钥生成：根据输入密钥，生成加密和解密使用的子密钥。

DES算法使用56位的原始密钥生成16个48位的子密钥，每个子密钥用于单个加密轮次。

3.初始置换：将64位输入数据按照DES算法的规则进行初始置换。

4.16轮加密：将初始置换后的数据分为左右两部分，每一轮使用一轮加密函数对左半部分进行处理，并将结果与右半部分异或，然后将左右部分交换。

5.逆初始置换：经过16轮加密后的数据进行逆初始置换，得到加密后的64位密文。

6.解密：将加密后的密文按照相反的顺序使用16轮解密函数进行解密处理，得到解密后的原始数据。

DES算法的安全性主要基于密钥长度和算法结构。

DES密钥长度较短，只有56位有效位，因此在今天的计算能力下，使用穷举法破解DES密码是可行的。

此外，DES算法的结构已经被一些攻击方法所破解，例如差分攻击和线性攻击。

为了解决DES算法的安全性问题，目前使用更加安全和强大的替代算法，例如AES（Advanced Encryption Standard）算法。

AES算法使用128位、192位或256位的密钥长度，提供了更高的安全性。

AES已经成为目前最广泛使用的对称加密算法之一总的来说，DES算法在当今的环境中已经不够安全，因为其密钥长度较短，结构容易受到攻击。

建议在实际应用中使用更加安全的替代算法，如AES算法。

如果有特殊需求要使用DES算法，可以考虑使用3DES （Triple DES）算法，即对数据进行三次DES加密。

DES算法的实现步骤

DES算法的实现步骤
DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，广泛应用于数据加密的领域。

下面是DES算法的实现步骤：
1.密钥生成：
-将输入的密钥由64位缩减为56位。

这是为了去除密钥中的奇偶校验位。

-将56位密钥分为两个28位的子密钥C0和D0。

-对C0和D0进行16次迭代，每次的迭代中，两个子密钥分别进行左移位操作，得到新的子密钥Ci和Di。

2.初始置换（IP）：
-将输入数据进行初始置换，将64位明文分为左32位（L0）和右32位（R0）。

3. 16轮迭代运算（Feistel 结构）：
-计算第i（1≤i≤16）轮的右半部分Ri-1：
- 将Ri-1和子密钥Ki进行扩展置换（E-box），将32位扩展为48位。

-将扩展后的数据与Ki进行异或运算，得到的结果进行S盒置换，将48位数据转换为32位。

-对S盒置换的结果进行P盒置换，得到32位的结果f(Ri-1,Ki)。

-将f(Ri-1,Ki)与Li-1进行异或运算，得到Ri=f(Ri-1,Ki)⊕Li-1
-最后，交换Ri和Li的位置，得到Ri和Li。

4.逆初始置换（IP-1）：
-将16轮迭代运算后得到的R16和L16合并为R16L16 -进行逆初始置换，将R16L16还原为64位的密文。

数据加密算法--详解DES加密算法原理与实现

数据加密算法--详解DES加密算法原理与实现DES算法简介DES(Data Encryption Standard)是⽬前最为流⾏的加密算法之⼀。

DES是对称的，也就是说它使⽤同⼀个密钥来加密和解密数据。

DES还是⼀种分组加密算法，该算法每次处理固定长度的数据段，称之为分组。

DES分组的⼤⼩是64位，如果加密的数据长度不是64位的倍数，可以按照某种具体的规则来填充位。

从本质上来说，DES的安全性依赖于虚假表象，从密码学的术语来讲就是依赖于“混乱和扩散”的原则。

混乱的⽬的是为隐藏任何明⽂同密⽂、或者密钥之间的关系，⽽扩散的⽬的是使明⽂中的有效位和密钥⼀起组成尽可能多的密⽂。

两者结合到⼀起就使得安全性变得相对较⾼。

DES算法具体通过对明⽂进⾏⼀系列的排列和替换操作来将其加密。

过程的关键就是从给定的初始密钥中得到16个⼦密钥的函数。

要加密⼀组明⽂，每个⼦密钥按照顺序（1-16）以⼀系列的位操作施加于数据上，每个⼦密钥⼀次，⼀共重复16次。

每⼀次迭代称之为⼀轮。

要对密⽂进⾏解密可以采⽤同样的步骤，只是⼦密钥是按照逆向的顺序（16-1）对密⽂进⾏处理。

计算16个⼦密钥上⾯提到DES算法的第⼀步就是从初始密钥中计算得出16个⼦密钥。

图⽰1展⽰了这个过程。

DES使⽤⼀个56位的初始密钥，但是这⾥提供的是⼀个64位的值，这是因为在硬件实现中每8位可以⽤于奇偶校验，在软件实现中多出的位只是简单的忽略掉。

要获得⼀个56位的密钥，可以执照表1的⽅式执⾏密钥转换。

解释⼀下表1，按照从左往右从上往下的⽅式看，表格中每个位置P包含初始密钥中位在转换后的密钥中所占的位置。

⽐如，初始密钥中的第57位就是转换后的密钥中的第1位，⽽初始密钥中的第49位则变成转换后的密钥中的第2位，以此类推...。

（数据位的计数顺序按照从左到右从1开始的）表1：DES中密钥的转换表（DesTransform[56]）将密钥转换为56位后，接下来计算⼦密钥。

des密码算法的设计和实现

des密码算法的设计和实现
DES密码算法的设计和实现可以归纳为以下几个主要步骤：
1. 建立总体结构：DES算法以64位为分组长度，64位一组的明文作为算法的输入，通过一系列复杂的操作，输出同样64位长度的密文。

DES使用加密密钥定义变换过程，因此算法认为只有持有加密所用的密钥的用户才能解密密文。

DES的采用64位密钥，但由于每8位中的最后1位用于奇偶校验，实际有效密钥长度为56位。

2. 数据填充：为了使DES算法的输入数据长度达到64位，需要对输入数据进行数据填充。

数据填充过程是在每个输入的64位数据块中添加56位零，然后将输入数据块分成两个32位块。

3. 初始置换：输入的64位数据块经过初始置换后，生成56位输出。

置换规则是将输入数据块的第8、16、24、32、40、48、56、64位置换为第7、9、11、13、27、29、31、33位。

4. 生成子密钥：子密钥是通过一系列的置换和代换操作生成的。

首先对56位密钥进行置换，然后进行16轮相同的运算，每一轮都涉及置换、代换、S盒置换、P盒置换和异或等操作。

5. 加密运算：加密运算包括16轮相同的运算，每一轮都涉及置换、代换、S盒置换、P盒置换和异或等操作。

6. 逆置换：最后一轮加密运算后，再进行一次逆置换，置换规则与初始置换相反。

以上是DES密码算法的设计和实现的主要步骤。

需要注意的是，在实现过程中需要遵循相应的安全性和正确性原则，例如在加密和解密过
程中使用相同的秘钥，以及在数据填充和逆置换过程中保持数据的完整性等。

如需更多关于DES密码算法的细节，建议查阅密码学相关书籍或咨询专业人士。

基于fpga的数字密码锁设计与实现

一、概述在当今信息技术高度发达的时代，数字密码锁已成为人们生活中常见的安全保障措施之一。

随着FPGA（可编程逻辑门阵列）技术的不断成熟和普及，基于FPGA的数字密码锁设计与实现已经成为一个备受关注的研究方向。

本文将探讨基于FPGA的数字密码锁的设计原理、实现过程以及相关技术细节，为相关领域的研究和应用提供参考。

二、数字密码锁的基本原理1.数字密码锁的基本功能数字密码锁是一种利用密码验证来进行身份识别和门禁控制的设备。

其基本功能包括输入密码、密码验证和门禁控制等。

2.数字密码锁的工作原理数字密码锁通常由键盘、控制单元和执行单元等组成，其工作原理是用户通过键盘输入密码，控制单元接收并验证密码的正确性，然后执行单元根据验证结果控制门禁的开启或关闭。

三、基于FPGA的数字密码锁设计1.基于FPGA的数字密码锁的优势相比传统的基于单片机或嵌入式系统的数字密码锁，基于FPGA的数字密码锁具有更高的灵活性和可扩展性。

FPGA可以根据实际需求进行灵活的硬件逻辑设计，同时兼容多种通信协议和接口，使得其在数字密码锁设计中具有显著的优势。

2.基于FPGA的数字密码锁的设计原理基于FPGA的数字密码锁主要包括密码输入模块、密码验证模块和门禁控制模块。

密码输入模块负责接收用户输入的密码，密码验证模块根据预设的密码进行验证，门禁控制模块根据验证结果控制门禁的开启或关闭。

3.基于FPGA的数字密码锁的设计流程（1）确定需求：明确数字密码锁的功能和性能要求。

（2）硬件设计：设计数字密码锁的硬件逻辑，包括键盘接口、密码验证逻辑和门禁控制逻辑。

（3）软件设计：设计数字密码锁的用户界面和控制逻辑。

（4）综合与实现：将硬件和软件进行综合，实现数字密码锁的功能。

四、基于FPGA的数字密码锁的实现1.硬件设计（1）键盘接口设计：采用矩阵式键盘接口，利用FPGA内部的GPIO 接口进行连接。

（2）密码验证逻辑设计：采用逻辑门设计密码验证逻辑，包括密码存储、密码输入和密码比对等功能。

DES算法的实现及安全性分析

DES算法的实现及安全性分析DES算法是一种对称加密算法，是数据加密标准（Data Encryption Standard）的缩写。

它于1977年由IBM公司推出，并被美国政府广泛采用。

DES算法的安全性是基于它的密钥长度和密码学原理。

首先是密钥生成。

DES算法的密钥长度为56位，但只有48位用于实际的加密过程。

密钥生成过程通过一个密钥置换算法将输入的56位密钥转换为两个28位的子密钥。

然后是初始置换。

明文经过初始置换后，数据位序列会被重新排列，此时的数据位序列更为随机，并且各个数据位之间的关联性较低。

接下来是16轮迭代加密。

每一轮迭代包括三个步骤：扩展置换、异或运算和S盒替代。

扩展置换将32位明文扩展为48位，然后与子密钥进行异或运算，结果再通过S盒替代操作得到32位密文。

最后是最终置换。

将经过16轮迭代加密的32位数据按照固定的顺序进行重新排列，并输出加密后的数据。

首先是密钥长度。

DES算法的密钥长度为56位，理论上有2^56个可能的密钥组合，但由于存在密钥置换算法和多余的奇偶校验位，实际上只有2^48个有效密钥。

这意味着DES算法的密钥空间较小，存在被穷举攻击的风险。

由于当前计算能力的提高，穷举攻击已被证明是可行的。

其次是密码学原理。

DES算法使用了初始置换、迭代加密和最终置换等步骤，通过多轮迭代和不同操作的组合，使得密文与明文之间存在高度的非线性关系。

DES算法的核心强度来自于S盒替代操作，它将6位输入映射为4位输出，使得密文中的每一位都受到多个明文位的影响，增强了密码的混淆性。

然而，DES算法的密钥长度和密码学原理在今天已经不再足够安全。

由于计算能力的增强和密码分析技术的进步，DES算法存在被暴力穷举攻击和差分密码攻击的风险。

为了提高加密的安全性，现在通常使用更长密钥长度的算法，如AES（Advanced Encryption Standard）算法，其密钥长度可达到128位或256位。

DES加密算法FPGA设计及实现

摘要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，特别是军事的应用，使人们对信息的依赖程度越来越高，因而信息安全技术显得格外重要。

加密作为信息安全中一个最为有力的武器，正在发挥着重要的作用。

DES(Data Encryption standard)加密算法在成为加密标准到今天，经历了长期的考验。

实践证明DES算法的安全性是能够满足大部分的安全要求的。

随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件由早期的只读存贮器(ROM)发展到今天十分流行并广泛应用的现场可编程门阵列FPGA。

FPAG具有体系结构和逻辑单元灵活，集成度高以及实用范围宽等特点，可以实现较大规模的电路，编程也很灵活，而且设计开发周期短，设计制造成本低，开发工具先进，标准产品无需测试，质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产。

所以，应用FPGA来设计和实现DES加密算法具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。

本文设计实现了一种基于FPGA的DES加密系统。

概括起来，本文主要完成了以下几方面的主要工作:1：介绍了研究课题“DES加密算法的FPGA设计及实现”的背景知识。

2：完成了DES加密系统的整体设计。

整个系统包括DES顶层模块，密钥生成模块和迭代加密模块。

此系统的功能是输入明文和密钥后，输出DES加密后的密文。

3：以Modelsim SE 5.6为开发软件，用VHDL硬件描述语言设计了DES加密芯片，并且实现了三大模块的具体功能及整体连接。

4：利用Modelsim SE 5.6进行功能仿真测试并验证了整个系统的功能。

【关键词】：DES，FPGA，VHDL，Modelsim，数据加密，模块ABSTRACTWith the development of information technology ,the application of computer has come into social any field. Especially in military field, people rely on information more seriously. So information security becomes very important. Encryption as a sort of power weapon is widely used in the field of information security.DES(Data Encryption Standard) encryption arithmetic has stood the long test from when it became the encryption standard to now. It is proved by much practice that the security of the DES encryption can satisfy the voluminous need of security.With the development of micro-electronic technology, the programmable logic device develop from earlier ROM to very popular and extensive applied FPGA(Field Programmable Gate Array)today .The FPGA has the characteristic of flexible system structure and logic unit, high integration and wide application. Especially, the FPGA can carry out the more large-scale circuit, programmed flexibly. When the engineers use the FPGA to design and develop the product, the time is short, the cost is low, the tool is advanced, the standard product don’t need to test, the quality is steady and the product can be inspected on line. So, the FGPA is widely used to design and make product.Therefore, using the FPGA to design and implement the DES encryption arithmetic is very important and it will be widely used in much field. The main contributions of the paper are as follow:1: Introduced the research topic "DES encryption algorithm of FPGA Design and Implementation of" background knowledge.2: The completion of the DES encryption of the overall design of the system. DES top of the entire system, including modules, and iterative key generation module encryption module.3: Modelsim SE 5.6 software for the development, use of VHDL hardware description language design and the realization of the three specific functional modules and the overall connection.4: Use Modelsim SE 5.6 for functional simulation to test and verify the entire system.【Keyword】:DES，FPGA，VHDL，Modelsim，Data Encryption，Module信息技术的广泛发展使得计算机应用渗透到社会生活的各个领域，人们对信息的依赖程度越来越高。

基于FPGA的DES掩码算法硬件设计与实现

Ｏ传输安全性的要求也随之增强，因此人们提出了很多
数据加密算法．比之下，件实现的加密算法则在速相硬度上有着强大的优势。ＦＧＦｅｒｒａｌＧｔＰＡ（ｉｄＰｏａｌｇｍｍｂａｅｅ
ＢａｅｎＦＰＧＡａｆｒｓｄｏＰｌｔｏｍ
ＷＡＮＧｕｎＣｈａｇ－ｗｅ，ＮＧｏ—ｌｎｇ，ＩｅｌｎＣＨＡｉＤＩＧｕｉａＹＮＷｎ－ｏｇ，ＮＧｉｏ－ｏｎＸａｌｇ
（ｅａｔｎｆｏｕｅｎｉｅｒｇＯｄａｃｎｉｅｒｇＣｌｇ，ｉｈａｇ０００，ｈｎＤｐｒｍｅｔｍｐｔＥｇｎｅｉ，ｒｎｎｅＥｇｎｅｎｏｅｅＳａｕｎ５０３ＣｉｏＣｒｎｉｌｚａ）
王创伟，国良，文龙，小龙丁尹常
（军械工程学院计算机工程系，河北石家庄０００）５０３
摘要：随着ＦＧＡ芯片在安全领域上的广泛应用，Ｐ有关ＦＧＰＡ密码芯片的抗ＤＡ研究也越来越受关注．目前的研究成Ｐ但
ＡｂｔａｔＷｉｈｄｓｒａｐｌａｉｎｏＧＡｉｕｔｉｅｕｉｅｄ，ｔｅＤＰＡ—ｒｓｓａｔｒｓａｃｆＦＧＡｉｈｅｈｐｉｅｔｇｓｒｃ：ｔｔｅｗｉｅｐｅｄａｐｉｔｆＦＰｈｃｏｃｒｉｎｓｃｒｔｆｌｈｃｙｉｅｉｔｎｅｅｈｏＰｒｃｐｒｃｉｓｇｔｎｉｍｕｈｍｏｅａｅｆ．ｔｍｏｔｆｔｅｐｅｅｔｒｓａｃｏｕｎｓｃｒｔｆｓｒａｄ．ｍｅｔｅｃａａｔｒｓｉｆｏｒａ￣ｃｅｈｏ — ｃｒＵｎｏｎＢｕｓｒｓｎｅｅｒｈｆｃｓｏｅｕｙｏｍａｔｃｒＡｉｄａｈｒｃｅｔｏｗｅｔｋｔｃｎｌｉｏｈｉｈｔｉｃｐｏｙａｄｃｉｃｌｔｃｎｌｇｅｐｃａｌＡ，ｏｐｏｏｅｉｒｖｄｓｅｉｙｄｆｎｐｒａｈＢｙｕｉｇｔｅＶｔＤＬ，ｍｐｅｎｇｎｒｔａｅｈｏｏｙ，ｓｅｉｙＤＰｉｌｔｒｐｓｍｐｏｅｐｃｆｅｅｄａｐｏｃ．ｓｔｎｈｉｌｍｅｔａＤＥＳｃｒｏｅｗｈｃａｎｏｅｄｃｄｅｆｎｔｎｂｓｎＦＧＡ．ＡｆｒａｐｙｎｈｓｋｎｅｈｉｕｎＦＧＡ，ｍｐｏｅｔｅＤＥＳｈｄｒｅｓｒｃｉｈｈｓｅｃｄ／ｅｏｕｃｏａｅｏＰｉｄｔｐｌｉｇｔｅｍａｉｇｔｃｎｑｅｏＰｅｉｒｖｈａｗａｔ — ｒｕｔｒｓＩｓｖｉａｅｙｓｍｕａｉｎａｄｅｐｒｍｅｔＴｅｒｓｌｓｓｏｔａｈｅｉｎｓｔｆｓｔｅｄｍａｄｗｈｃａｈｂｌｔｆｔｅｕｅ．ｔｗａａｄｔｄｂｉｌｔｘｅｉｎ．ｈｅｕｔｈｗｔｔｅｄｓａｉｙｅｎｉｈｈｓｔｅａｉｙｏｈｌｏｎｈｇｓｈｉＤＰｒｓｓａｃｎｔｅｒＡｅｉｔｅｉｈｏｙｎＫｅｒｓ：ＰｙｗｏｄＦＧＡ；Ｓ；Ａ；ＤＥＤＰＭＡＳＫ ‘

基于FPGA的DES加密算法实现

ＴｈｅＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆＤＥＳＡｌｇｏｒｉｔｈｍＢａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ
ＧＥＹｏｎｇ，ＬＩＨｕａ，ＮＩＮＧＹｏｎｇｃｈｅｎｇ
（１．ＱｕａｌｉｔｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ；
蓦
为，然后进行１６轮迭代运算。每轮迭代输入，Ｊ
和Ｒ，输出和尺（ｎ＝１～１６）。Ｒ直接作为，输出，即Ｌ＝Ｒ；Ｒ和子密钥Ｋ经轮函数Ｆ的输出与异或，结果作为Ｒ输出，即Ｒ＝Ｌ ① Ｆ（Ｋ，Ｒ）。１６轮迭代完成后，将，Ｊ和Ｒ。交换，重新拼接成６４位，作逆初始置换ＩＰ一１，即得到６４位密
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ＺＵＩ３平弟ＺＯ岙弟／期
ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．／Ｊｕｌｙ．１５．２０１３
基于ＦＰＧＡ的ＤＥＳ加密算法实现
戈勇，李华，宁永成
（１．中国航天科技集团公司质量技术部，北京１０００２９；２．西安电子科技大学微电子学院，陕西西安７１００７１）

DES加密解密算法的实现

DES加密解密算法的实现DES（Data Encryption Standard）是一种对称加密算法，用于加密和解密数据。

其基本原理是通过使用密钥将明文数据转换为密文数据，并使用相同的密钥将密文数据还原为明文数据。

DES算法采用了分组加密的方式，将明文数据分为固定大小的数据块，并对每个数据块进行加密。

DES算法的实现包括了三个主要步骤：初始置换、16轮迭代加密和最终置换。

下面将详细介绍DES加密解密算法的实现步骤。

1. 初始置换（Initial Permutation）：初始置换是将明文数据进行重排，以增加加密的随机性。

它通过将明文数据按照规定的顺序排列成新的数据，作为加密的初始输入。

2. 16轮迭代加密（16 Rounds of Iterative Encryption）：DES算法将明文数据进行16轮的迭代加密。

每一轮加密包括了四个主要步骤：逐位扩展（Expansion Permutation）、密钥混淆（Key Mixing）、S盒替代和P盒置换。

- 逐位扩展（Expansion Permutation）：逐位扩展将32位的数据扩展为48位的数据，以提供更高的密钥强度，并增加加密的随机性。

- 密钥混淆（Key Mixing）：密钥混淆是将48位的数据与密钥进行异或运算，以增加加密的复杂性。

- S盒替代（S-Box Substitution）：S盒替代是将48位的数据分成8个6位的数据块，并根据S盒中预先定义的替代规则进行替代。

S盒替代是DES算法的核心步骤，它对密文数据进行非线性转换，增加了加密的强度。

- P盒置换（P-Box Permutation）：P盒置换是将32位的数据按照规定的顺序进行重排，以增加加密的随机性。

3. 最终置换（Final Permutation）：最终置换是将经过16轮迭代加密后的数据进行一个最终的变换，以得到加密的最终输出。

最终置换和初始置换相反，将经过加密处理的数据重新排列成最终输出。

基于FPGA的DES算法实现

引言
在电子商务蓬勃发展的今天，子银行、上交电网易和网上支付变得日益频繁。各种针对网络的犯罪活动成为信息时代的一个特征，国家和企业以及给个人带来了极大的损失，何保护这些网络的敏感如
ｐｒｏｍａｃｆｔｅｆｒｎｅｏｈｅＦＰＧＡ．Ｓｅｏｄｌｃｎｙ，ｗｅｉｐｏｅｔｌｗｏｇｉｈｅｔｒｐｒｏｍａｃ．Ｆｉａｌ，ｗｅｃｌｍｒｖｈｅｆｏｔａｎｔｅｂｔｅｅｆｒｎｅｎｌｙｏｎ — ｐｒｈｅｐｅｆｒａｃｔｅｈｅｔｏｆｏ．ａｅｔｒｏｍｎｅｂｅｗｅｎｔｗｌｗＫｅｒ：ＦＰＧＡ；ｙｗｏｄｓＤＥＳ；ｓｍｕｌｔｏｉａｉｎ；ｓｎｈｅｉｌｏｎｌａｙｔｓｓ；ｄｗｏｄ
件实现。
关键词：ＰＡ；Ｅ；真；合；载ＦＧＤＳ仿综下
中图分类号：ＴＰ３９７０．文献标识码：Ａ文章编号：Ｏ５９９２０）３２ＯＯ１Ｏ — ４０（０２０一Ｏ５ — ５
算法，３Ｅ（重ＤＥ如ＤＳ三Ｓ算法）但基础仍然是ＤＳ，Ｅ
ＥＥＡＣＣ：】２５６
基于ＦＧＡ的ＤＰＥＳ算法实现 ①
张萌，自信，吴刘昊，生礼陆
（南大学国家专用集成电路系统技术研究中心，京，１０６东南２０９）

DES数据加密的FPGA实现

ＣｏｕｅｏｌｄｅａｄＴｃｎ￣ｇ电脯知识与技术ｍｐｔｒＫｎｗｅｇｎｅｈｏｙ
Ｖｏ．，１７Ｎｏ２Ａｕｕｔ０１．．２，ｇｓ２１
ＤＳ数据加密的ＦＧＡ实现ＥＰ
殷伟凤
（江传媒学院，江杭州３０１）浙浙１０８
ＩＳＯ９０ＳＮ１０－３４４
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摘要：章对ＤＥ文Ｓ加密算法进行了详细的分析，出了采用Ｖ给ＨＤＬ描述基于ＦＧ实现ＤＥＰＡＳ加密算法系统的设计过程和仿真结
果该算法在密钥生成、Ｓ盒的处理中采用了并行处理的方式，服了传统ＤＥＳ流水线实现方式的缺点，一步提高了系统的处理克进
一
个算法的不同版本和改变结构参数实现系统升级因此利用ＦＧ实现ＤＳ加密算法是一种理想选择并具有实际的应用价值。ＰＡＥ
本文提出一种ＤＥＳ加密算法的硬件实现方法。
１ＤＥＳ加密算法原理
Ｋｅｒ：ＤＥＳｄｔｎｃｙｉｎｓａａｄｙｗｏｄｓａａｅｒｐｔｏｔｎｄｒ；ＰＧＡ；ＶＨＤＬ

基于FPGA的高性能数据加密与解密系统设计与实现

基于FPGA的高性能数据加密与解密系统设计与实现随着信息技术的迅猛发展，数据的安全性问题日益突出。

为了保护敏感信息的机密性，数据加密与解密技术成为了当今社会中不可或缺的一部分。

在这篇文章中，我们将探讨基于FPGA（现场可编程门阵列）的高性能数据加密与解密系统的设计与实现。

一、引言数据加密与解密是保护数据安全和隐私的关键技术。

传统的软件实现数据加密与解密在处理大规模数据时会遇到性能瓶颈的问题。

相较于软件实现，FPGA在加密与解密的计算密集型任务上具有显著的优势。

FPGA具备并行计算能力，可以加速加密与解密算法的执行速度。

本文将阐述基于FPGA的高性能数据加密与解密系统设计与实现的方法与步骤。

二、数据加密与解密算法选择在设计数据加密与解密系统之前，我们首先需要选择合适的加密与解密算法。

常见的对称加密算法包括DES（数据加密标准），3DES（Triple DES）和AES（高级加密标准）。

而非对称加密算法包括RSA（Rivest-Shamir-Adleman）和椭圆曲线密码算法等。

对于高性能的加密与解密系统，我们选择了AES算法作为基础。

AES算法使用分组密码，适合在FPGA上进行硬件加速。

其具备较高的安全性和执行速度，因此是许多数据通信和存储系统中使用的主要加密算法。

三、FPGA高性能数据加密与解密系统设计1. 系统架构设计基于FPGA的高性能数据加密与解密系统的设计需要考虑多个模块的协同工作。

该系统的主要模块包括数据缓存模块、加密/解密算法模块、协议控制模块和数据传输接口模块等。

- 数据缓存模块：负责临时存储输入和输出的数据，减少对外部存储器的访问延迟。

- 加密/解密算法模块：实现AES加密/解密算法，包括轮密钥生成、字节代换、行移位、列混淆等操作。

- 协议控制模块：负责控制系统的工作流程，包括输入数据的传输、加密/解密操作的控制和输出数据的传输等。

- 数据传输接口模块：与外部系统进行数据的输入和输出。

FPGA类毕业设计论文摘要、章节划分参考格式

（2008届）本科毕业设计（论文）基于FPGA的DES加密算法的硬件实现2008年6月摘要随着网络通信技术的发展，数据传输的安全性要求也随之加强，DES算法已经成为目前应用非常广泛的分组对称加密算法。

目前，实现DES算法的方式有软件实现和硬件实现两种。

其中FPGA在实现算法方面具有灵活性、物理安全性和比软件实现更高的性能，它已成为硬件实现DES算法的最好的选择。

本文在分析DES算法原理的基础上，首先对如何用FPGA实现DES加密算法进行了分析和讨论，提出了性能优先和资源优先两种总体设计方案，考虑到DES加密算法运算量巨大和FPGA集成度越来越高的特点，最终选定性能优先的设计方案。

接着详细阐述了子密钥生成、S盒设计、子密钥延迟控制等模块和DES流水线结构的设计方法，并对整个系统进行了有关VHDL编程，逻辑综合，逻辑适配以及有关仿真与分析。

系统的仿真结果表明，本设计完全实现了系统设定的功能。

本设计采用了自顶向下分析，自底向上设计的方法，采用VHDL文本输入和原理图输入相结合的方式作为设计的主要表达手段，采用QuartusⅡ作为该系统的主要设计工具，采用Altera公司Cyclone系列的EPEC12F324C6芯片作为该设计的载体。

本设计采用了流水线技术和并行技术相结合的方式，高速实现了DES算法，系统的最高时钟频率为222.77MHz。

关键词：DES算法，硬件实现，FPGA，流水线技术，并行技术ABSTRACTWith the development of the technology for network communication, people make more strict demands upon the safety about the transmission of the data. DES (Data Encryption Standard), as a grouping and symmetry encryption algorithm, has already been used most widely. At present, there are two ways to realize DES algorithm, namely software realization and hardware realization. Using FPGA (Field Programmable Gate array), which is one of the hardware realization, has been the best choice, because it is flexible, physically safe and of higher performance than using software in algorithm realization.In this paper, we analyze the algorithm mechanism to discuss how to complete the implementation of the DES algorithm based on FPGA, then the two global schemes are proposed, and lastly we choose one of them to carry on particularly, which is called performance-first. We expatiate the details of the design method for the creation of sub-key, S box, pipelining and the control of sub-key delay in the paper. We synthesize, optimize and simulate the system, and by the analysis of its performance, the design is proved out.We apply the top-down method to analyze and the bottom-up method to design the system. Text editor with a VHDL model and graphic editor are developed as the main expression means to the design, and run with the related design tool named Quartus Ⅱ, finally the design is implemented in EPEC12F324C6 chip of the Altera Cyclone FPGA. Combining with the features of VHDL, the proposed design make full use of the sources in the FPGA, and 4368 logic elements are cost totally. The DES algorithm is achieved with high speed by adopting the pipelined technique, which is more than 100MHz.Keywords: DES algorithm, hardware realization, FPGA, pipelining。

基于FPGA的DES算法的并行加密技术

其方法是在原始明文尾部填充Ｏ。然后对明文数据进行分组，每一让计算机和通信技术的飞速发展，得多媒体在人们的生活占有很组都是６ｂｔ本文采用的是６５位的原始明文数据。使４ｉ。３大比重。息更容易被剪切、信复制、带，携在方便人们工作生活的同时，步骤２：将待加密的６ｂｔ各个分组明文输入到相应的ＤＳ加４ｉ的Ｅ这也为信息的安全保密带来了许多不定因素。因此，密技术对这些加密器中。首先分组明文进行初始置换Ｉ然后将置换后的６ｂｔ明文Ｐ，４ｉ信息存储、输将带来很好的保护作用，得只有特定人看到特定的传使数据分为左右两个部分各３ｂｔＬ２ｉ：０和Ｒ，接下来进行１０６圈迭代，在信息。前．直接的加密技术就是将多媒体信息（当最图像、频等）音当作每一圈中．右半部分在４ｂｔ子密钥ｋ的作用下进行ｆ换，得到８ｉ圈变普通的二进制数据，用ＲＡ和ＤＳ来进行加密。利ＳＥ由于多媒体信息数３ｂｔ据与左半部分异或，生的３ｂｔ据作为下～圈迭代的右半２ｉ数产２ｉ数据量～般都很庞大，种加密方法速度较慢，率也低。文提出了一这效本部分，右半部分直接成为下一圈迭代的左半部分，第１原但６圈不进行种改进的ＤＳ算法的加密技术，Ｅ利用ＦＧ的高速度、集成度『用ＰＡ高】】，左右对换。６Ｌ６为第１Ｒ１，１６圈迭代后输出的左半部分和右半部分，最其来实现多个ＤＳ硬件加密器日Ｅ。加密时，庞大的数据量分成多个将后对（６，１）行末置换Ｉ一（始置换Ｉ的逆置换）所得结果Ｒ１Ｌ６进Ｐ１初Ｐ，固定长度的明文信息，然后将这些明文信息利用多个ＤＳ硬件加密ＥＩ一（６Ｌ６即为密文。关于算法的详细介绍可参阅文献【】Ｐ１Ｒ１，１）３器同时进行加密。大大提高了加密速度和效率。步骤３输出的密文，一个ＤＥ：每Ｓ加密器输出对应着寄存器的相

用FPGA实现DES算法的密钥简化算法

ｌ２８ｂｉ一定有固定的关系，找到了这种ｔ
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维普资讯
技术纵横
关系就能用简单的方法实现密钥的计算。这里用Ｃ语言编写了一个程序，找到了这种关系程序的设计思路是用数组模拟密钥的位组。数组中的每一个存储单元表示所需密钥的一个ｂｔｉ．数组中存储的数据是所需密钥的ｂｔ应的原始密ｉ对
多情况下需要用ＦＧＡ来实现ＤＥ而我的体会是ＰＳ
ＤＥＳ的密钥计算是用硬件实现ＤＥＳ的关键
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１ＤＳ的密钥算法Ｅ
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摘要密码技术作为信息安全的支撑技术，事关国家的根本利益，同时直接影响国家的未来和发展，世界各国都对此予以充分重视。

随着网络的快速发展，信息安全越来越引起人们的关注。

DES(Data Encryption Standard，数据加密标准)加密算法在成为加密标准到今天，经历了长期的考验。

实践证明DES算法的安全性是能够满足大部分的安全要求的。

随着微电子技术的发展，可编程逻辑器件由早期的只读存贮器（PROM）发展到今天十分流行并广泛应用的现场可编程门阵列CPLD/FPGA。

CPLD/FPGA具有体系结构和逻辑单元灵活，集成度高以及实用范围宽等特点，可以实现较大规模的电路，编程也很灵活，而且设计开发周期短，设计制造成本低，开发工具先进，标准产品无需测试，质量稳定以及可实时在线检验等优点，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产。

所以，应用CPLD/FPGA来设计和实现DES加密算法具有十分重要的现实意义和广阔的应用前景。

概括起来，本文主要完成了以下几方面的主要工作：（1）完成了DES加密系统的整体设计。

整个系统包括DES加密核心模块和函数包模块。

（2）在ALTERA公司的Quartus II环境下用VHDL实现，进行编译、综合和仿真。

关键字：DES；VHDL；FPGAABSTRACTAs the key of the information security,encryption technology influence the nation’s benefit. It will affect national’s future and the development directly. Various countries all regarding this as important technology.With the rapid development of internet, people pay more attention to the information security.DES (Data Encryption Standard) encryption arithmetic has been standing through many tests since it became the encryption standard. It is proved that the security of the DES encryption can satisfy the voluminous needs.With the development of micro-electronic technology, the programmable logic device develops from earlier ROM to CPLD/FPGA which is very popular and extensive applied today. The CPLD/FPGA has the characteristics including flexible system structure and logic unit, high integration and wide application. Especially, the CPLD/FPGA can carry out the more large-scale circuit and can be programmed flexibly. When the engineers use the CPLD/FPGA to design and develop the product, the time is less, the cost is lower, and the tools are more advanced than using other devices because the standard product doesn’t need to test as before, the quality is steadier and the product can be inspected on line. So, the CPLD/FPGA is widely used to design and develop product.Therefore, using the CPLD/FPGA to design and implement the DES encryption arithmetic is very practical and will be popular in many fields. The main contributions of the paper are as follow:(1)Completed the whole design of the DES encryption system .The whole system includes the DES encryption core module and the function package module.(2)Used ALTERA Company platform--Quartus II，VHDL to realize design , compile, synthesis and simulate the design.Key words: DES；VHDL；FPGA目录1 绪论 (1)1.1DES的基本概念及特点 (1)1.2 DES和RSA (2)1.3基于FPGA的DES加密系统的研究背景，意义，及应用前景 (2)1.3.1 DES加密系统现状及发展 (2)1.3.2 FPGA简介 (2)1.4硬件描述语言VHDL简介 (3)1.5EDA工具简介 (4)1.5.1 Quartus Ⅱ开发工具简介 (4)1.5.2 Synplify PRO简介 (5)本章小结 (6)2 DES加密算法原理 (7)2.1DES加密算法原理简介 (7)2.2DES加密原理 (7)2.2.1 初始置换 (8)2.2.2 每轮循环过程 (9)2.2.3 轮密匙的产生 (12)2.3DES算法的安全强度 (14)本章小结 (14)3 加密系统设计 (15)3.1加密系统设计方案 (15)3.2本课题讨论的设计内容 (15)3.2.1 程序函数包的设计 (16)3.2.2轮密钥的生成 (18)3.2.3 S盒的设计 (20)3.2.4 每轮加密单元的设计 (23)3.2.5 DES算法执行模块的顶层设计 (25)本章小结 (27)4 仿真结果及分析 (28)4.1基于Q UARTUSⅡ的仿真 (28)4.2 基于S YNPLIFY PRO的综合 (29)本章小结 (31)结束语 (32)参考文献...........................................错误！未定义书签。

致谢...............................................错误！未定义书签。

1 绪论1.1 DES的基本概念及特点[5]数据加密标准（Data Encryption Standard，DES），作为ANSI（American National Standards Institute，美国国家标准学会）的数据加密算法（Data Encryption Algorithm，DEA）和ISO（International Organization for Standardization，国际标准化组织）的DEA-1，成为一个世界范围内的标准己经20多年了。

DES起源于1973年美国国家标准局（NBS）征求国家密码标准方案。

IBM就提交了其在20世纪60年代末设立的一个计算机上密码编码学方面的研究项目的成果的结果，这个项目在1971年底研制了一种称为Lucifer的算法。

它是当时提出的最好的算法，因而在1977年被选为数据加密标准，有效期限为5年，随后在1983，1987，1993年三次再度被授权续用5年。

DES(Data Encryption Standard)满足了国家标准局欲达到的4个目的:提供高质量的数据保护，防止数据未经授权的泄露和未被察觉的修改；具有相当高的复杂性，使得破译的开销超过可能获得的利益，同时又要便于理解和掌握。

DES算法把64位的明文输入块变为64位的密文输出块，它所使用的密钥也是64位，首先，DES把输入的64位数据块按位重新组合，并把输出分为L0、R0两部分，每部分各长32位，并进行前后置换（输入的第58位换到第一位，第50位换到第2位，依此类推，最后一位是原来的第7位），最终由L0输出左32位，R0输出右32位，根据这个法则经过16次迭代运算后，得到L16、R16，将此作为输入，进行与初始置换相反的逆置换，即得到密文输出。

DES算法的入口参数有三个：Key、Data、Mode。

其中Key为8个字节共64位，是DES算法的工作密钥；Data也为8个字节64位，是要被加密或被解密的数据；Mode为DES的工作方式，有两种：加密或解密，如果Mode为加密，则用Key去把数据Data进行加密，生成Data的密码形式作为DES的输出结果；如Mode为解密，则用Key去把密码形式的数据Data解密，还原为Data的明码形式作为DES的输出结果。

在使用DES时，双方预先约定使用的”密码”即Key，然后用Key去加密数据；接收方得到密文后使用同样的Key解密得到原数据，这样便实现了安全性较高的数据传输。

DES算法在POS（Point Of Sells，电子收款机系统），ATM（Automatic Teller Machine，自动取款机），IC卡，加油站，高速公路收费站等领域被广泛应用。

1.2DES和RSA[5]设计一种强密度的密码算法有两种方法，一是研究用于密码分析的所有可能性解法，然后设计一套规则以挫败这些解法中的任何一种算法，于是便能构造一种能够抗拒这些解法的算法，二是构造这样的一些算法，使得要破解它就必须解决一些问题，而这些问题被认为是不可解的。

本文将要介绍的DES算法属于第一种，而RSA则属于第二种。

1.3 基于FPGA的DES加密系统的研究背景，意义，及应用前景1.3.1 DES加密系统现状及发展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。