可配置SHA-2系列算法和SHA-3(BLAKE-32)算法的硬件實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來,隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和廣泛應(yīng)用,無論是在線購(gòu)物、網(wǎng)上銀行、收發(fā)e-mail,還是在其它對(duì)安全性要求很敏感的數(shù)字通信領(lǐng)域,加密技術(shù)已經(jīng)成為了保證數(shù)據(jù)傳輸私密性的一個(gè)重要工具。針對(duì)此類問題,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)和美國(guó)安全局(NSA)先后公布了SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512算法,并且對(duì)SHA-3系列算法進(jìn)行了公開甄選。但是,由于數(shù)字通信領(lǐng)域的飛速發(fā)展,對(duì)哈希算法的要求越來越高,并且

2、對(duì)于同一系統(tǒng)對(duì)安全性可能有著不同的要求。而且,當(dāng)今SHA散列函數(shù)的軟件實(shí)現(xiàn)已經(jīng)不能滿足應(yīng)用的需求。因此對(duì)于哈希系列函數(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)成為了研究的重點(diǎn)。
　　本文首先分析和介紹了SHA-2系列算法和BLAKE系列算法的原理,比較了前人的一些工作。由于同一系統(tǒng)對(duì)安全性可能有著不同的要求,本文采用了一種可配置SHA-2系列算法的硬件結(jié)構(gòu),在此結(jié)構(gòu)中根據(jù)安全性的需要可以靈活選擇SHA-2系列算法中的任意一個(gè)算法,此外還采用了“折疊結(jié)構(gòu)”對(duì)該硬

3、件結(jié)構(gòu)的核心部分進(jìn)行了優(yōu)化,提高了工作頻率并且減小了面積。對(duì)BLAKE-32算法采用了一種適用于高速和面積有限環(huán)境的[4G]硬件結(jié)構(gòu)。
　　基于本文采用的兩種硬件結(jié)構(gòu),論文采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法,用Verilog硬件描述語言完成了可配置SHA-2和BLAKE-32硬件電路的RTL(Register Transfer Level code)設(shè)計(jì)。使用EDA工具對(duì)其實(shí)現(xiàn)代碼進(jìn)行了邏輯功能仿真和驗(yàn)證,并且選擇了Xilinx器件在FPGA