硬件描述语言(VHDL)与数据加密的实现
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只要能在理论上找到其他伪随机序列如m序列等的构成方法便可采用vhdl语言设计根据新系统的功熊要求自上至下地逐层进行描述综合仿真直到系统设计完一70万方数据成其周期是十分短的而且可节省大量的人力和物力
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常 州 工 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＣｈ ｎ ｚ ｏ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ａ ｇ ｈ ｕ Ｉ ｓｉ ｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｔ
关 键 的 问题 。
若密 钥 序 列 ｋ ， 。ｋ ， 。 ０ ｋ ， …ｋ 一 是离 散 无 记忆 的二 进制 均 匀 分 布 信源 产 生 的 随机 序 列 时 ， 该 加 密 系统 是 则
一
次 一密 钥 密码 ， 它是 不可 破 解 的 。但 是 这 种 密钥 的 产生 、 配 和 管 理 都是 极 为 困难 的。 我 们是 采 用 伪 随机 分
数据 信息 称为 明文， 密可将 明文变换 成一 种 隐蔽形 式的密 文， 加 只有合 法接 收者才 可 以将 密文恢 复成 明文 。
目前具 体 的 数据 加 密 实现 方 法 有二 种 ： 件 加 密 和硬 件 加 密 。软 件 加 密 的 优 点 是 已有 标 准 的 安 全 ＡＰ 软 Ｉ
图 １ 单 钥密 码 系统
收 稿 日期 ：０ １０ 一 ｌ ２ ０ －３ ｌ
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２０ ０ ２焦
文 、 音、 话 图像 等 数 据 信 息形 成 明文 数 据 序 列 （ ｉ， ， ）只 要 将 它 同 密钥 序 列 （０ ｋ， … ） 行 模 ２加 ， ，。ｉ … ， ｋ， 。ｋ， 进
其要求了。
通常 产 生 伪随 机 序 列 的 电路 为 一 反 馈 移 存 器， 由线性 反 馈 移 存 器 产 生 出 的 周 期 最 长 的二
进制 数 字 序列 称 为最 大 长 度 线性 反 馈 移 存 器 序 列（ 简称 ｍ 序 列 ） 图 ２所 示 的 就 是 一 个 ｎ级 。
Ｖｏ１ １ Ｎ Ｏ． ． ５． ２
Ｊ ｎ． ０ ２ ｕ ２０
硬件 描述 语 言 （ ＶＨＤＬ 与 数据 加 密 的实现 ）
庄 燕 滨 杨 晓 云
（ 州工学院计 算机系， 苏 常州 ２３０ ） 常 江 １０ ２
摘要 ： 绍 了硬 件 加 密 的优 越性 ， 介 并提 出 采 用 ＶＨＤ Ｌ语 言 来设 计 一 种 单 钥 密 码 系统 的 方 法， 其
硬件 实现 容 易， 理速 度 快 ， 时性 好 ， 处 实 密钥 管 理方便 ， 且 体积 小 。 而 关 键词 ： 件 描 述 语 言 ； 硬 数据 加 密 ； 随 机 序 列 伪
中图分 类 号 ： ３ ９ ２ ＴＰ ０ ．
文 献 标识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： ６ １ ４ ６ ２ ０ ）２—０ ６ —０ １ ７ —０ ３ （０ ２ ０ ０７ ５
１ 单 钥 密 码 系 统
图 １所 示 的是 一个 单 钥 密 码 （ 称对 称 密 码或 私 钥密 码 ） 又 系统 ， 特 点是 加 密 密钥 与解 密密 钥 相 同， 其 因此 这 种 密码 系统 的安 全性 主要 依 赖 于 密钥 的 安全 。本方 案 是 采用 序 列 密码 加 密 的方 法 ， 加 密过 程 是先 把 报 其
０ 引言
随 着网络 的开放性 、 享性 、 共 互连 程 度的扩 大 ， 得数据 信息 的安 全 与保 密 问题 显得 越 来越 重要 ， 据加 密 使 数 技 术亦 得到很 大 发展 。采用 数据 加 密 的方法 可 以隐 蔽和 保 护机 要 信 息 ， 使未 授 权者 不能 提 取 信息 。被 加密 的
序列 来作 为 密钥 序 列 的 ， 当然其 线 性 复 杂 度 就 没 有 随 机 序 列 那 么 大 了 。 在 Ｓ Ｃ卡 中 ， 主要 要 求 体 积 小 ， 性 线 复杂 度要 求 并 不高 ； 密钥 管 理 要求 简单 ， 密钥 数 量要 求 并 不 多 ， 以 ， 用 伪随 机 序 列作 为 密钥 序 列就 能 满 足 所 采
（ 信 息安 全应 用 程 序 模块 ） 品 ， 密实 现方 便 ， 容性 好 。 其 缺 点 是 密 钥管 理 复 杂 ， 密 速 度 慢 等 。 在 移 即 产 加 兼 加
动 通信 ， 蓝牙技 术 （ ｌｅｔｏｈ ｔｃ ｎｑ ｅ ， Ｂ ｕ ｔ ｅｈ ｉ ） 固体 卡 （ ｏｉ Ｃ ｒ ） 的 加 密 系统 中， 求 体 积越 小 越 好 。这 种 场 ｏ ｕ Ｓ ｌ ａｄ 等 ｄ 要 合 硬 件加 密就 有 较大 的优 越性 ， 且硬 件 加 密 的密 钥管 理 比较 方 便 ， 密 速 度 快 。 随 着 专 用 集 成 电路 ＡＳ Ｃ 而 加 Ｉ （ ｐｉ ｔ ｎＳ ｅｉｃＩｔｇａｅ ｉ ｕｔ 和可 编 程 逻 辑器 件 Ｐ Ｄ（ ｒｇａ Ａｐ ｌ ａｉ —ｐ ｃ ｉ ｎｅ ｒｔｄＣ ｒ ｉ ｃ ｏ ｆ ｃ ） Ｌ Ｐ ｏ ｒｍｍａ ｌ Ｌ ｇｃＤ ｖｃ ） ｂｅ ｏ ｉ ｅ ｉ 的高 速 化 、 集 ｅ 高 成 化 的程 度 不断提 高 ， 发工 具 功 能 的完 善 ， 开 尤其是 采 用硬 件 描 述 语 言 Ｖ Ｌ ＶＨＳ Ｃ Ｈａｄ ｒ ｅｃｉｔ ｎ ＨＤ （ Ｉ ｒｗａｅＤ ｓｒ ｉ ｐｏ Ｌ ｎ ｕｇ） ａ ｇ ａ ｅ 设计 数字 电路 系统 ， 这 种 硬 件加 密 系统 的 实 现 比较 容 易 。本 文 具 体 介 绍 一 种 适 用 于 固 体卡 （ Ｃ 使 Ｓ 卡 ） 采用 ＶＨＤＩ语 言设 计 的单 钥 密码 系统 。 中，
便 生 成密 文 序 列 （０Ｃ， … ） 而 后可 以将 其 传送 到接 收端 。 接 收端 可 用 相 同 的密 钥 序 列 ， ｃ， 。Ｃ， ， 同收 到 的 密 文 序 列 进 行模 ２加 ， 可恢 复 出明 文 序列 。 由此 可 见， 个 密 码 系 统 中 ， 计 一 个 好 的密 钥 序 列 产 生 器 是 个 十 分 便 这 设
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关 键 的 问题 。
若密 钥 序 列 ｋ ， 。ｋ ， 。 ０ ｋ ， …ｋ 一 是离 散 无 记忆 的二 进制 均 匀 分 布 信源 产 生 的 随机 序 列 时 ， 该 加 密 系统 是 则
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次 一密 钥 密码 ， 它是 不可 破 解 的 。但 是 这 种 密钥 的 产生 、 配 和 管 理 都是 极 为 困难 的。 我 们是 采 用 伪 随机 分
数据 信息 称为 明文， 密可将 明文变换 成一 种 隐蔽形 式的密 文， 加 只有合 法接 收者才 可 以将 密文恢 复成 明文 。
目前具 体 的 数据 加 密 实现 方 法 有二 种 ： 件 加 密 和硬 件 加 密 。软 件 加 密 的 优 点 是 已有 标 准 的 安 全 ＡＰ 软 Ｉ
图 １ 单 钥密 码 系统
收 稿 日期 ：０ １０ 一 ｌ ２ ０ －３ ｌ
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文 、 音、 话 图像 等 数 据 信 息形 成 明文 数 据 序 列 （ ｉ， ， ）只 要 将 它 同 密钥 序 列 （０ ｋ， … ） 行 模 ２加 ， ，。ｉ … ， ｋ， 。ｋ， 进
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通常 产 生 伪随 机 序 列 的 电路 为 一 反 馈 移 存 器， 由线性 反 馈 移 存 器 产 生 出 的 周 期 最 长 的二
进制 数 字 序列 称 为最 大 长 度 线性 反 馈 移 存 器 序 列（ 简称 ｍ 序 列 ） 图 ２所 示 的 就 是 一 个 ｎ级 。
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硬件 描述 语 言 （ ＶＨＤＬ 与 数据 加 密 的实现 ）
庄 燕 滨 杨 晓 云
（ 州工学院计 算机系， 苏 常州 ２３０ ） 常 江 １０ ２
摘要 ： 绍 了硬 件 加 密 的优 越性 ， 介 并提 出 采 用 ＶＨＤ Ｌ语 言 来设 计 一 种 单 钥 密 码 系统 的 方 法， 其
硬件 实现 容 易， 理速 度 快 ， 时性 好 ， 处 实 密钥 管 理方便 ， 且 体积 小 。 而 关 键词 ： 件 描 述 语 言 ； 硬 数据 加 密 ； 随 机 序 列 伪
中图分 类 号 ： ３ ９ ２ ＴＰ ０ ．
文 献 标识 码 ： Ａ
文章 编 号 ： ６ １ ４ ６ ２ ０ ）２—０ ６ —０ １ ７ —０ ３ （０ ２ ０ ０７ ５
１ 单 钥 密 码 系 统
图 １所 示 的是 一个 单 钥 密 码 （ 称对 称 密 码或 私 钥密 码 ） 又 系统 ， 特 点是 加 密 密钥 与解 密密 钥 相 同， 其 因此 这 种 密码 系统 的安 全性 主要 依 赖 于 密钥 的 安全 。本方 案 是 采用 序 列 密码 加 密 的方 法 ， 加 密过 程 是先 把 报 其
０ 引言
随 着网络 的开放性 、 享性 、 共 互连 程 度的扩 大 ， 得数据 信息 的安 全 与保 密 问题 显得 越 来越 重要 ， 据加 密 使 数 技 术亦 得到很 大 发展 。采用 数据 加 密 的方法 可 以隐 蔽和 保 护机 要 信 息 ， 使未 授 权者 不能 提 取 信息 。被 加密 的
序列 来作 为 密钥 序 列 的 ， 当然其 线 性 复 杂 度 就 没 有 随 机 序 列 那 么 大 了 。 在 Ｓ Ｃ卡 中 ， 主要 要 求 体 积 小 ， 性 线 复杂 度要 求 并 不高 ； 密钥 管 理 要求 简单 ， 密钥 数 量要 求 并 不 多 ， 以 ， 用 伪随 机 序 列作 为 密钥 序 列就 能 满 足 所 采
（ 信 息安 全应 用 程 序 模块 ） 品 ， 密实 现方 便 ， 容性 好 。 其 缺 点 是 密 钥管 理 复 杂 ， 密 速 度 慢 等 。 在 移 即 产 加 兼 加
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便 生 成密 文 序 列 （０Ｃ， … ） 而 后可 以将 其 传送 到接 收端 。 接 收端 可 用 相 同 的密 钥 序 列 ， ｃ， 。Ｃ， ， 同收 到 的 密 文 序 列 进 行模 ２加 ， 可恢 复 出明 文 序列 。 由此 可 见， 个 密 码 系 统 中 ， 计 一 个 好 的密 钥 序 列 产 生 器 是 个 十 分 便 这 设