【摘要】：隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,無線網(wǎng)絡通信技術為人們的生活和工作帶來了方便。然而,人們在享受無線網(wǎng)絡帶來的便利的同時,也將要承擔其自身的缺陷——安全問題。眾所周知,IEEE工作組在WiMAX協(xié)議中設置了安全層來解決此類問題,安全層通過AES算法與CMAC、CCM模式相結(jié)合的方式完成數(shù)據(jù)的保密與認證工作。安全層中數(shù)據(jù)處理的運算復雜,而CPU經(jīng)過處理完成通信系統(tǒng)相關的任務操作之后,留給安全層的資源少之又少,因此安全層的數(shù)據(jù)處理需要硬件化以此來減小CPU的運算負荷,即應合理利用硬件電路,有效地實現(xiàn)通訊終端安全層的加密算法。本文深入研究與分析WiMAX協(xié)議中的數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu)與安全層協(xié)議和ARM的總線架構(gòu),實現(xiàn)了加密算法的硬件化。首先,分析與比較CCM模式、CMAC模式,實現(xiàn)CCM模式與CMAC模式的硬件電路。其中,AES-CCM模式由兩個分組密碼加密算法組成:中心(計數(shù)器)模式,CBC-MAC(密碼塊鏈認證碼)算法。而AES-CMAC模式是一個基于對稱密鑰塊密碼的哈希函數(shù),提供了比檢驗和或錯誤檢測碼更強健的數(shù)據(jù)完整性保護。其次,本文設計的硬件加速器需采用CCM模式處理協(xié)議數(shù)據(jù)單元以及采用CMAC模式處理信令。將硬件加速器從結(jié)構(gòu)、電氣等方面劃分為雙端口RAM、描述符FIFO、控制邏輯、加解密硬核和從設備接口等五個模塊。加解密硬核是安全層的關鍵算法模塊,其功能是根據(jù)外部控制邏輯輸入的初始密鑰、數(shù)據(jù)及一些參數(shù)對數(shù)據(jù)進行安全處理。加解密硬核主要由四部分組成,它們分別是認證模塊、硬核控制模塊、密鑰擴展模塊、加密模塊(包括CMAC中子密鑰的產(chǎn)生邏輯)。通過這幾個模塊就可以在CCM模式的正向過程中產(chǎn)生密文和經(jīng)過加密的認證碼,在CMAC模式的正向過程中產(chǎn)生認證碼。再次,以可重用性為目標,討論了AES算法,實現(xiàn)數(shù)據(jù)通路為32位的AES核。最后,我們使用硬件描述語言(Verilog),進行硬件加速器的RTL級的描述。采用EDA工具進行邏輯仿真,采取自下而上的驗證策略,先進行全面的驗證每個子模塊,然后進行集成的系統(tǒng)級設計驗證。再建立FPGA驗證環(huán)境并對設計進行驗證,具體做法是采用FPGA的配套軟件工具(即ISE)綜合產(chǎn)生FPGA的配置文件,然后,通過FPGA的JTAG端口提供的服務將被下載到FPGA設計中;對于芯片固件通過PC機上的調(diào)試軟件,下載到指定的存儲器中供處理器取指執(zhí)行,并且統(tǒng)計了關鍵模塊所占用的FPGA資源。仿真和驗證結(jié)果表明,本文設計合理。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN918.4

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本文編號：2560103