2000年10月2日，美国国家标准与技术研究所宣布采用Rijndael算法作为高级加密标准，并于2002年5月26日正式生效，AES算法将在今后很长一段时间内，在信息安全中扮演重要角色。因此，对AES算法实现的研究就成为了国内外的热点，会在信息安全领域得到广泛的应用。用FPGA实现AES算法具有快速、灵活、开发周期短等优点。 本论文就是针对AES加、解密算法在同一片FPGA中的优化实现问题，在深入分析了AES算法的整体结构、基本变换以及加、解密流程的基础上，对AES算法的加、解密系统的FPGA优化设计进行了研究。主要内容为： 1．确定了实现方案以及关键技术，在比较了常用的结构后，采用了适合高速并行实现AES加、解密算法的结构——内外混合的流水线结构，并给出了总体的设计框图。由于流水线结构不适用于反馈模式，为了达到较高的运算速度，该系统使用的是电码本模式(ECB)的工作方式； 2．对各个子模块的设计分别予以详细分析，结合算法本身和FPGA的特点，采用查表法优化处理了字节代换运算，列混合运算和密钥扩展运算。同时，考虑到应用环境的不同，本设计支持数据分组为128比特，密钥长度为128比特、192比特以及256比特三种模式下的AES算法加、解密过程。完成了AES加、解密算法在同一片FPGA中实现的这个系统的优化设计； 3．利用QLJARTUSII开发工具进行代码的编写工作和综合编译工作，在 MODELSIM中进行仿真并给出仿真结果，给出了各个模块和整个设计的仿真测试结果； 4．和其他类似的设计做了横向对比，得出结论：本设计在保证了速度的基础上实现了资源和速度的均衡，在性能上具有较大的优势。
上传时间： 2013-05-25
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现场可编程门阵列(FPGA)器件是能通过对其进行编程实现具有用户规定功能的电路，特别适合集成电路的新品开发和小批量ASIC电路的生产。近几年来，FPGA的发展非常迅速，但目前国内厂商所使用的FPGA芯片主要还是从国外进口，这种状况除了给生产厂家带来很大的成本压力以外，同时也影响到国家信息产业的保密和安全问题，因此在国内自主研发FPGA便成为一种必然的趋势。 基于上述现实状况及国内市场的巨大需求，中国电子科技集团公司第58研究所近年来对FPGA进行了专项研究，本论文正是作为58所专项的一部分研究工作的总结。本文深入研究了FPGA的相关设计技术，并进行了实际的FPGA器件设计，研究工作的重点是在华润上华(CSMC)0.5μm标准CMOS工艺基础上进行具有6000有效门的FPGA的电路设计与仿真。 论文首先阐述了可编程逻辑器件的基本结构，就可编程逻辑器件的发展过程及其器件分类，对可编程只读存储器、现场可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、通用逻辑阵列和复杂PLD等的基本结构特点进行了讨论。接着讨论了FPGA的基本结构与分类及它的编程技术，另外还阐述了FPGA的集成度和速率等相关问题。并根据实际指标要求确定本文研究目标FPGA的基本结构和它的编程技术，在华润上华0.5μm标准CMOS工艺的基础上，进行一款FPGA芯片的设计研究工作。进行了可编程逻辑单元的基本结构的设计，并用CMOS逻辑和NMOS传输管逻辑实现了函数发生器、快速进位链和触发器的电路设计，并对其进行了仿真，达到了预期的目标。
上传时间： 2013-07-18
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加密算法一直在信息安全领域起着极其重要的作用,它直接影响着国家的安全和发展.随着计算机技术的飞速发展,原有的数据加密标准(DES)已不能满足人们的保密要求.在未来的20年内,高级数据加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.在不对原有应用系统作大的改动的情况下,3-DES算法有了很大的生存空间.该文介绍了DES和3-DES算法的概要,给出了一种电路实现模型,并基于XILINX公司的FPGA器件设计了IP核,介绍了I P核设计中主要模块的设计方法.最后对该IP核进行了分析,给出它的性能参数.该课题系统地论述了基3-DES算法的密码IP核设计全过程.文章首先阐述了该设计的课题背景,给出了使用VHDL方法设计密码电路的特点和研究思路和特点,然后对IP核的设计环境和密码算法进行了介绍.在此基础上,详细讨论了3-DES算法的密码芯片设计方法和各个电路模块实现的结构图,包括算法电路、译码电路、接口电路和控制模块电路等.通过对各个模块设计的介绍,阐明了使用VHDL语言设计专用集成电路的原理和特点.
上传时间： 2013-04-24
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AES是美国于2000年10月份确立的高级加密标准，该标准的反馈链路模式AESCBC加密算法，用于在IPSec中替代DESCBC和3DESCBC。 加密是安全数据网络的关键，要保证在公众网上传输的信息不被窃取和偷听，必须对数据进行加密。在不影响网络性能的前提下，快速实现数据加密/解密，对于开发高性能的安全路由器、安全网关等对数据处理速度要求高的通信设备具有重要的意义。 在目前可查询的基于FPGA技术实现AESCBC的设计中，最快的加/解密速度达到700Mbps/400MHZ。商用CPU奔腾4主频3.06，用汇编语言编写程序，全部资源用于加密解密，最快的加密解密速度可以达到1.4Gbps。但根据国外测试结果表明，即使开发的路由器本身就基于高性能的双64位MIPS网络处理器，软件加密解决方案仅能达到路由器所要求的最低吞吐速率600Mbps。 本文首先研究分析了目前几种实现AESCBC的方法有缺点的情况下，在深入研究影响硬件快速实现AESCBC难点基础上，设计出一种适应于报文加密解密的硬件快速实现AESCBC的方案，在设计中采用加密解密和密钥展开并行工作，实现了在线提供子密钥。在解密中采用了双队列技术，实现了报文解密和子密钥展开协调工作，提高了解密速度。 本文在quartus全面仿真设计方案的基础上，全面验证了硬件实现AESCBC方案的正确性，全面分析了本设计加密解密的性能。并且针对设计中的流水线效率低的问题，提出改善流水线性能的方案，设计出报文级并行加密解密方案，并且给出了硬件实现VPN的初步方案。实现了单一模块加密速度达到1.16Gbps，单一模块解密速度达到900Mbps，多个模块并行工作加密解密速度达到6.4Gbps。 论文最后给出了总结与展望。目前实现的AESCBC算法，只能通过仿真验证其功能的正确性，还需要下载到芯片上做进一步的验证。要用硬件实现整个IPSec，还要进一步开发基于FPGA的技术。总之，为了适应路由器发展的需求，还有很多技术需要研究。
上传时间： 2013-05-29
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加密算法一直在信息安全领域起着无可替代的作用,它直接影响着国家的未来和发展.随着密码分析水平、芯片处理能力和计算技术的不断进步,原有的数据加密标准(DES)算法及其变形的安全强度已经难以适应新的安全需要,其实现速度、代码大小和跨平台性均难以继续满足新的应用需求.在未来的20年内,高级加密标准(AES)将替代DES成为新的数据加密标准.高级加密标准算法是采用对称密钥密码实现的分组密码,支持128比特分组长度及128比特、192比特与256比特可变密钥长度.无论在反馈模式还是在非反馈模式中使用AES算法,其软件和硬件对计算环境的适应性强,性能稳定,密钥建立时间优良,密钥灵活性强.存储需求量低,即使在空间有限的环境使用也具备良好的性能.在分析高级加密标准算法原理的基础上,描述了圈变换及密钥扩展的详细编制原理,用硬件描述语言(VHDL)描述了该算法的整体结构和算法流程.详细论述了分组密码的两种运算模式(反馈模式和非反馈模式)下算法多种体系结构的实现原理,重点论述了基本体系结构、循环展开结构、内部流水线结构、外部流水线结构、混合流水线结构及资源共享结构等.最后在XILINX公司XC2S300E芯片的基础上,采用自顶向下设计思想,论述了高级加密标准算法的FPGA设计方法,提出了具体模块划分方法并对各个模块的实现进行了详细论述.圈变换采用内部流水线结构,多个圈变换采用资源共享结构,密钥调度与加密运算并行执行.占用芯片面积及引脚资源较少,在芯片选型方面具有很好的适应性.
上传时间： 2013-06-20
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信息技术的不断发展,对信息的安全提出了更高的要求.在应用公钥密码体制的时候,对密钥长度要求越来越大,处理的速度要求越来越快.而基于椭圆曲线离散对数问题的椭圆曲线密码体制,因其每比特最大的安全性,受到了越来越广泛的注意.椭圆曲线密码体制(ECC:Elliptic Curve Cryptosystem)的快速实现也成为一个关注的方面.该文按照确定有限域、选取曲线参数、划分结构模块、优化模块算法、实现模块设计,验证模块功能的顺序进行书写.为了硬件实现上的方便,设计选择了含有Ⅱ型优化正规基的伽略域GF(2191),并在该域上构造了随机的椭圆曲线.根据层次化、结构化的设计思路,将椭圆曲线上的标量乘法运算划分成两个运算层次:椭圆曲线上的运算和有限域上的运算.模块划分之后,利用自底向上的设计思路,主要针对有限域上的乘法运算进行了重要的改进,并对加法群中的标量乘运算的算法进行了分析、证明,以达到面积优化和快速执行的效果.具体设计中,采用硬件描述语言Verilog HDL,在Mentor Graphics公司出品的FPGA Advantage平台上进行电路设计.完成了各个模块的设计输入和仿真.设计选用了Altera公司的APEX Ⅱ系列器件,利用第一方软件Quartus Ⅱ 2.2进行综合、布局、布线和时序仿真.文中给出了椭圆曲线上的点加、倍点和标量乘法模块的具体设计结构框图.并且根据椭圆曲线的标量乘特点,提出了合适的验证方案.该设计完成了椭圆曲线上的标量乘法运算.设计主要针对资源受限的应用环境:改进了有限域上的乘法运算、使用了没有预处理的标量乘算法.改进后的椭圆曲线标量乘法需要2,741,998个逻辑单元,在100MHz的时钟约束下,运行一次标量乘法运算需要567.69us.该次设计的结果可以直接用来构造椭圆曲线上的签名、验证、密钥交换等算法.
上传时间： 2013-05-24
上传用户：zhuo0008
温度的测量和控制在工业生产中有广泛的应用，尤其在石油、化工、电力、冶金等工业领域中，对温度的测量和监控是非常重要的一个环节，温度参数是工业控制中的一项重要的指标。 本文主要研究了基于ARM9架构的嵌入式Linux系统在工业领域中各种炉温控制场合中的应用。目前控制方案主要是采用传统的PLC和单片机进行控制。PLC主要是针对单项工程或者重复数极少的项目，灵活性相对不足，并且体积大，成本相对较高；而单片机主要用于小型设备的控制，具有成本低，功耗低，效率高的特点，但可移植性较差。为了适应信息产业的发展，新技术革新以及产业的专业化现代化的发展，本文针对PLC和单片机控制的优缺点和应用场合提出了采用ARM9嵌入式微控制器AT91RM9200和Linux操作系统相结合的嵌入式温度控制系统，具有系统扩展性强、可靠性高、响应速度快、体积小等特点，为用户提供了一种新型的控制方案。 本文首先论述了嵌入式操作系统的组成，接着设计了温度控制系统的硬件系统，主要包括CPU模块、模拟电路模块、存储模块和通信模块四个部分：在对温度控制系统的软件部分的设计中，主要是针对Boot-Loader的移植、Linux内核移植、根文件系统的定制、驱动程序的编写和应用程序的编写五部分进行设计。 系统功能主要是循环采集AD通道数据，上传AD数据到服务器，接收服务器下发的控制数据包，记录日志等。通过在线运行测试，该系统稳定可靠，采集和控制效果良好，可有效降低了生产成本和工人的劳动强度，为安全生产提供保证。
上传时间： 2013-04-24
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随着信息技术的不断发展，安全、可靠的身份识别技术成为许多系统首先考虑的问题。指纹具有唯一性和稳定性，因此指纹采集技术是指纹识别技术中的最为重要的一个环节，伴随着生物识别技术的不断提高，以及指纹传感器的性能不断提升，指纹识别技术的应用越来越广泛。因此，高质量的采集指纹图像技术已经成为一个重要的研究课题。 本文的内容是基于ARM的指纹采集系统的设计。按照设计思想，系统主要包括两个大的模块：指纹图像采集模块、指纹图像传输模块。在设计工作中，根据系统的实现要求和本专业领域内最新技术的发展状况，确定了以Samsung公司的ARM7处理器S3C44BOX和ALTERA公司的复杂可逻辑编程器件EPM240为核心的系统组成方案。 本文主要做的工作有：首先介绍了指纹识别技术的基本原理和方法，通过对不同类型指纹传感器的比较选择了性价比较高的电容式指纹传感器。设计了以Samsung ARM和MBF200电容式指纹传感器为主要组成部分的电容式指纹采集系统。在ADS1.2编译环境下对ARM进行基于C语言和汇编语言混合编程的初始化程序，指纹采集程序以及数据传输程序；采用了USB技术实现系统与计算机之间的通讯，大大提高了指纹图像数据的传输速度；采用CPLD对系统各个芯片之间的信号进行逻辑控制；采用SST公司的闪烁存储器SST39VF160存放系统启动程序Boot loader。 本文首先描述了整个系统的总体方案，然后主要从硬件电路设计和软件编程两个方面对系统进行了详细的描述，硬件设计包括芯片的选型、核心芯片接口电路设计以及处理器的外围电路设计，软件设计包括系统主程序、指纹采集程序以及指纹数据通讯的流程图。最后列举了一些在调试过程中碰到的一些问题以及解决办法，并为系统进一步优化提出了建议。
上传时间： 2013-07-23
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按照公安部规定，我国从 2004 年开始换发第二代居民身份证，预计到 2008 年基本完成第二代居民身份证的换发工作。第二代身份证与第一代身份证最大的区别在于：它的内部嵌入了一枚指甲盖大小的非接触式 IC 芯片，该芯片内存储有姓名、性别等9项信息。本课题设计出一款基于 ARM 和 GPRS 技术的第二代身份证无线手持阅读器，该阅读器能读出第二代身份证内 IC 卡信息，并可通过 GPRS 网络将信息进行无线传输。 本文以该阅读器的设计为主线，论述的主要内容如下： 1．介绍了课题背景及意义。全国 9 亿第二代身份证的换发，必然带来各行业对阅读器的大量需求，而现有阅读器的弊端促使了对阅读器做更深入的研究。 2．介绍了相关概念及技术，包括：无线射频识别技术、ISO/IEC14443 协议、嵌入式系统、ARM、GPRS技术等。 3．详细介绍了该阅读器的硬件设计方法，并给出主要硬件模块电路原理图及其 PCB 板设计方法，同时也简单介绍了硬件的焊接和调试过程。 4．详细介绍了该阅读器的软件设计方法，包括：读卡模块驱动程序、GPRS 模块驱动程序、人机对话模块驱动程序、I/O 口驱动程序的流程图和部分代码。 5．为使该阅读器安全可靠地运行，对阅读器进行了各种功能测试，包括：读卡功能、GPRS 数据传输功能、人机接口功能。 通过功能测试，该阅读器能准确读取第二代身份证内信息并通过GPRS 网络成功将信息发送出去。该阅读器与市面上现有的阅读器相比，具有可脱机操作、无线传输、小巧灵便的优点。由于该阅读器软件采用模块化的设计方法，可以方便移植到其他非接触卡阅读器中，因此本阅读器具有非常广泛的应用前景。
上传时间： 2013-06-10
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随着社会的进步，经济的发展以及我国入世以后汽车行业的迅速发展，使得国内交通车辆与日剧增，随之带来的交通拥挤、交通堵塞、车辆盗窃等一系列问题成为人们生活中最直接的安全隐患。运用无线通信技术、ARM技术和GPS定位技术的车辆监控系统可以有效的解决这些问题，满足运输效率和安全保障的需要，并且带来极大的经济效益和社会效益。 通过对车辆监控系统和相关技术的研究与分析，本文提出了基于ARM和GPS的车辆监控系统研究。与传统的单片机控制的车辆监控系统相比，该系统克服了单片机系统因其功能简单、无操作系统、程序移植性差而只能满足简单控制的缺点，能实现复杂任务的监控，例如显示复杂的电子地图、数据进行复杂计算、高端产品甚至有网络互联和Web浏览功能等等。同时该系统采用了GPRS无线通讯方式，具有资源利用率高、传输速率高、计费合理等特点，解决了以往采用SMS短消息通讯技术中存在的通讯费用高、消息延时和消息丢失等问题，提高了系统的实时性和可靠性。 论文首先介绍了在车辆监控系统中应用的GPS全球卫星定位技术和GPRS通用无线分组业务，在GPS定位技术中介绍了GPS系统组成、GPS信号和编码、定位原理以及GPS误差；在GPRS通讯技术中介绍了GPRS的概念、GPRS网络的总体结构、GPRS的主要优点及发展动向。 论文随后分为车辆监控系统总体结构与功能、车载端的研究与设计、监控中心的研究与数据库设计三大部分进行介绍。车辆监控系统由车载端、监控中心和两者之间的通讯网络三部分组成，车载端主要由GPS定位模块、GPRS通信模块和ARM数据处理与控制模块这三大模块构成；监控中心包括Internet接入设备、中心服务器、监控端计算机以及一些辅助设备等。车载端分布在各个移动车辆上，负责接受OPS卫星定位信息，通过数据控制处理器解算出车辆所处的位置坐标，坐标数据经过处理后通过GPRS模块，最后将数据通过通讯网络GPRS发送到监控中心的信息服务器，信息服务器将收到的车台数据经过预处理之后分发给监控终端。
上传时间： 2013-06-14
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