摘 要

随着科技的不断发展进步，计算机从最初的产生发展到现在已经逐渐进入家家户户，同时随着计算机技术发展起来的通信技术也日益重要，利用计算机网络进行通信也成为了当今最主要的信息交流方式，因此随之而来的信息安全也变得尤为重要，为了防止在网络信息传递的过程中信息被拦截或是修改，因此就出现了密码安全技术。密码算法是密码安全技术的核心同时也是保障信息安全的最主要内容，因此随着网络技术的发展信息安全技术也变得十分重要。^[2].

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。

本次研究设计的主要内容主要是将DES数据加密算法在FPGA上实现软件的仿真，利用Quartus II软件下的VHDL硬件描述语言进行DES算法的功能实现，利用数据块加解密的方式对输入的数据进行加密解密来完成密码算法的功能仿真。并且在主要完成DES算法的同时掌握非对称密钥算法RSA的原理懂得RSA算法的产生以及与DES算法的差异所在。

关键字：信息安全；密码算法； DES加密算法；硬件描述语言；数据块加解密

Abstract

With the continuous development and progress of science and technology, computer developed from the initial up to now and has entered every household, at the same time with the development of computer technology, communication technology is becoming more and more important, the use of computer networks for communication has become most important information exchange mode today, so information security attendant has become particularly important, in order to prevent in the process of information transmission on the network information is intercepted or modified. So the password security technology appeared. Cryptography algorithm is the core of password security technology and also is the main content of the security of information security, so with the development of network technology, information security technology has become very important.

DES (Data Encryption Standard) encryption algorithm becoming the encryption standard today, has experienced a long test. Practice proves that the security of DES algorithm is able to meet most of the security requirements.

The main content of this study design is the des data encryption algorithm on the FPGA to realize the software simulation, using VHDL hardware description language of the Quartus II software to realize the function of DES algorithm, use data block encryption and decryption of the input data of encryption and decryption to complete the function simulation of cryptographic algorithm. And at the same time to master the DES algorithm to grasp the principle of asymmetric key algorithm RSA know how to produce the RSA algorithm and the difference with the DES.

Key words: information security; cryptography algorithm; DES encryption algorithm; hardware description language; data block encryption and decryption

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1数据加密算法的基本概念及特点 1

1.2基于FPGA的加密系统的研究背景与意义 2

1.2.1DES加密系统现状及发展 2

1.2.2PLD发展过程 2

1.2.3加密算法的FPGA硬件实现 3

第2章 数据加密标准DES原理 4

2.1 DES 加密算法原理简介 4

2.1.1对称加密算法 4

2.1.2数据加密标准DES 4

2.2 DES加密过程 5

2.2.1 初始置换 7

2.2.2 每轮循环过程 7

2.2.3子密钥的产生 9

2.2.4加密函数 10

2.3 DES 算法的安全强度 12

第3章 非对称密钥RSA算法 13

3.1 RSA算法的基本内容 13

3.2 RSA算法的原理 13

3.2.1大数的因式分解 13

3.2.2 RSA算法密钥的生成 13

3.2.3 RSA算法的加密过程 14

3.3RSA算法的性能分析 15

第4章 密码算法设计及仿真 16

4.1 加密算法DES与RSA的FPGA硬件实现原理 16

4.1.1 FPGA系统电路 16

4.2 DES加密系统部分模块的FPGA实现 17

4.2.1 DES功能模块的划分 17

4.2.2 DES 算法执行模块的顶层设计 19

4.2.3 密钥产生单元设计 19

4.2.4 S盒的设计 20

4.2.5 每轮加密单元的设计 24

4.3 DES算法的加密仿真 26

4.3.1仿真实现 26

4.3.2 仿真过程及结果分析 26

4.4 RSA算法的加解密仿真 28

结语 29

参考文献 30

致谢 31

第1章 绪论

1.1数据加密算法的基本概念及特点

数据加密算法在使用的过程中能够做到对原始数据进行加密操作，即为使得原始数据通过一定的数学转换关系成为一段无法读懂的数据，这样做的目的即是使得人们在传输自己的原始数据时不会轻易的被中间人或是一些别有用心的人进行窃取^[6]。

数据加密的方式一般来说有两大类即为对称密钥算法和非对称密钥算法。

对称密钥算法简而言之即为在加密与解密的过程中所使用的密钥是一样的，并且就当今情况而言，对称密钥算法是使用最为广泛的加解密算法，同时最具有代表性的就是数据加密标准即DES算法。

然而非对称密钥算法与对称密钥算法最大的不同点在于其所使用的加密密钥与解密时的密钥是不一样的，加密的密钥被称为公钥可以公开给所有人知道，然而解密的密钥即被称为私钥就只能是解读数据的人所拥有，并且要绝对保密，并且非对称密钥算法中最具有代表性的即为RSA算法。