本文關(guān)鍵詞：面向藍牙4.0的AES加解密模塊設(shè)計與驗證，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著無線通信以及可穿戴設(shè)備等技術(shù)的發(fā)展與普及,人們對低功耗的無線通信需求越來越多,而藍牙4.0正能夠滿足這一需求。信息的安全性是無線通信中極其重要的一項,藍牙4.0采用了基于高級加密算法AES(Advanced Encryption Standard)的CCM安全模式。藍牙設(shè)備經(jīng)常用于紐扣電池供電的系統(tǒng)中,芯片的成本以及能耗需要芯片設(shè)計者著重考慮。芯片成本與芯片面積直接相關(guān),能耗與面積也有一定的關(guān)系。本文依據(jù)藍牙4.0設(shè)備低成本、低功耗、低速率的特性設(shè)計了一種面向藍牙4.0系統(tǒng)的高效、小面積AES-CCM硬件加解密模塊。針對AES硬件實現(xiàn)中性能、面積優(yōu)化的瓶頸所在S-Box,本文用組合邏輯實現(xiàn)法代替常見的查找表實現(xiàn)法,優(yōu)化電路結(jié)構(gòu),用Verilog HDL硬件描述語言對模塊進行RTL級描述后,基于cb13fs120 tsmc max工藝庫進行綜合,結(jié)果表明,節(jié)省了芯片7.3%的硬件資源消耗。通過將AES中的SubBytes分步處理的方法,大幅減少S-Box的使用數(shù)量,提高模塊復(fù)用率,FPGA綜合結(jié)果說明資源消耗只占常規(guī)AES硬件加密模塊的36.35%。用串行結(jié)構(gòu)取代并行處理結(jié)構(gòu),使用一個AES加密核更高效地處理CCM加密模式,硬件資源節(jié)省了40%。最終FPGA驗證在8MHz主頻下,本文設(shè)計的模塊能夠正確加解密數(shù)據(jù),216 bits的數(shù)據(jù)39.625ms完成加解密與認(rèn)證。論文的結(jié)果表明本文針對藍牙4.0設(shè)計的AES-CCM加解密模塊,能夠在保證數(shù)據(jù)吞吐率的前提下極大地減小AES加解密模塊的面積。
【關(guān)鍵詞】：高級加密算法 CCM安全模式 硬件加解密 藍牙4.0 可編程門陣列
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN918.4;TN925
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 論文的背景概述8-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 研究目標(biāo)11
• 1.4 論文主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排11-14
• 第二章 藍牙4.0中AES加解密算法簡介14-28
• 2.1 AES加密算法描述14-18
• 2.1.1 加密流程14-17
• 2.1.2 輪密鑰的產(chǎn)生17-18
• 2.2 AES-CCM算法18-22
• 2.2.1 AES-CCM算法整體流程19-20
• 2.2.2 認(rèn)證部分——CBC-MAC模式算法20-21
• 2.2.3 加密部分——CTR模式算法21-22
• 2.3 AES加密算法數(shù)學(xué)基礎(chǔ)22-24
• 2.3.1 有限域22-23
• 2.3.2 域GF(2~8)數(shù)學(xué)運算23-24
• 2.4 藍牙4.0 BLE安全介紹24
• 2.5 資源受限芯片設(shè)計準(zhǔn)則24-25
• 2.6 本章小結(jié)25-28
• 第三章 AES加密核設(shè)計與實現(xiàn)28-40
• 3.1 藍牙4.0 BLE中加解密模塊設(shè)計需求分析28-29
• 3.2 加密模塊整體結(jié)構(gòu)設(shè)計29-31
• 3.2.1 AES加密模塊實現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析29-30
• 3.2.2 AES加密模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化30-31
• 3.3 MixColumns設(shè)計31-33
• 3.4 S-Box設(shè)計33-36
• 3.4.1 基于查找表實現(xiàn)33-34
• 3.4.2 基于GF域?qū)崿F(xiàn)34
• 3.4.3 組合邏輯實現(xiàn)34-35
• 3.4.4 S-Box實現(xiàn)方法分析35-36
• 3.5 AES加密模塊具體設(shè)計36-39
• 3.6 本章小結(jié)39-40
• 第四章 藍牙4.0中CCM加解密模塊設(shè)計與實現(xiàn)40-52
• 4.1 藍牙4.0CCM外圍模塊設(shè)計40-41
• 4.2 CCM加解密模塊總體結(jié)構(gòu)設(shè)計分析41-43
• 4.3 主控模塊狀態(tài)機設(shè)計43-45
• 4.4 CCM加解密模塊具體設(shè)計45-50
• 4.4.1 主控模塊47-49
• 4.4.2 A_i生成模塊49-50
• 4.4.3 B_i生成模塊50
• 4.5 本章小結(jié)50-52
• 第五章 驗證及結(jié)果分析52-62
• 5.1 RTL代碼仿真52-55
• 5.1.1 仿真環(huán)境及流程52-53
• 5.1.2 三種S-Box仿真對比分析53-54
• 5.1.3 兩種AES加密核仿真對比分析54
• 5.1.4 兩種CCM加解密模塊仿真對比分析54-55
• 5.2 FPGA驗證55-60
• 5.2.1 兩種AES加密核對比分析57-58
• 5.2.2 兩種CCM加解密模塊對比分析58-60
• 5.3 本章小結(jié)60-62
• 第六章 總結(jié)與展望62-64
• 6.1 總結(jié)62
• 6.2 展望62-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文70

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2 李U，

本文編號：376057