基于FPGA的DES加解密verilog实现-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了基于FPGA的DES加解密verilog实现。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、理论基础

二、核心程序

三、仿真结论

一、理论基础

DES（Data Encryption Standard）是一种对称密钥加密算法，是目前应用最广泛的加密算法之一。它是由美国国家标准局（National Institute of Standards and Technology，NIST）于1977年发布并公开的，用于保护计算机系统中的数据安全。DES算法采用了分组密码的技术，将明文按照一定的规则分组后，经过多轮加密运算得到密文。DES算法的密钥长度为56位，明文分组长度为64位，加密过程中采用了置换、代换、移位、异或等基本操作。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它可以通过编程实现各种数字电路的功能。FPGA具有高性能、低功耗、可重配置等优点，被广泛应用于数字信号处理、通信、图像处理等领域。在加解密算法中，FPGA可以实现高速、低延迟的数据加解密运算，具有非常重要的应用价值。本文将介绍基于FPGA的DES数字加解密算法，包括DES算法的原理、FPGA的基本概念、基于FPGA的DES算法实现等内容。

DES算法的原理

DES算法的加密过程可以分为以下几个步骤：

初始置换（IP），将64位明文按照固定的置换表IP变换为56位数据块。该置换表是由DES算法设计时确定的，不能改变。

密钥的生成，DES算法的密钥长度为56位，但是实际上只有48位用于加密运算。为了使密钥更加安全，DES算法采用了密钥的变换方式，将56位的密钥变换为16个48位的子密钥。这个过程是通过将原始密钥进行置换、分割、移位、压缩等操作得到的。

分组加密
将初始置换后的明文分为左右两个32位的数据块，然后对这两个数据块进行16轮加密运算。每轮加密运算都是将右侧的32位数据块作为输入，与对应的48位子密钥进行异或运算，然后通过代换、置换等操作得到新的32位数据块，再将左侧的32位数据块与新的右侧32位数据块进行异或运算，最终得到新的左右两个32位数据块。

逆置换（IP^-1）

将最后一轮加密得到的左右两个32位数据块进行合并，然后通过逆置换IP^-1得到最终的64位密文。

DES算法的解密过程与加密过程基本相同，只是子密钥的使用顺序与加密过程相反。

基于FPGA的DES算法实现

基于FPGA的DES算法实现主要包括以下几个步骤：

确定FPGA的型号和开发板
FPGA的型号和开发板决定了DES算法的实现效率和可扩展性。一般来说，选择性能较高的FPGA型号和支持高速通信接口的开发板可以提高DES算法的加解密速度和数据处理能力。

设计DES算法的硬件电路
DES算法的硬件电路主要包括初始置换（IP）、密钥生成、分组加密和逆置换（IP^-1）等模块。这些模块可以通过可编程逻辑单元（Logic Cell）和块RAM存储单元等资源进行实现。其中，密钥生成和分组加密模块需要大量的逻辑单元和存储单元进行实现。

编写DES算法的控制程序
DES算法的控制程序主要负责控制各个模块的数据流动和时序，实现DES算法的全流程。控制程序可以使用硬件描述语言（HDL）进行编写，如Verilog、VHDL等，也可以使用高级语言（如C语言）进行编写，然后通过编译器和综合工具转换成硬件描述语言。

进行FPGA逻辑电路的布局和布线
布局和布线是将逻辑电路映射到FPGA硬件资源上的过程。布局是将逻辑电路映射到FPGA芯片上的物理位置，布线是将逻辑电路中的信号映射到FPGA芯片上的可编程连接资源上。

进行FPGA逻辑电路的编译和下载
编译是将设计好的硬件电路转换成FPGA可以识别的二进制文件的过程。下载是将编译好的

二、核心程序

.........................................................................
always @(  data_i or   key_i or   load_i or   stage1_iter or   data_ready or stage1_R_o or stage1_L_o or stage1_round_key_o)

begin
      
   L_i_var=0;
   R_i_var=0;
   data_i_var=0;
   
   next_ready_o = (0);
   next_data_ready = (data_ready);
   next_stage1_iter = (stage1_iter);

   stage1_L_i = (0);
   stage1_R_i = (0);
   stage1_round_key_i = (0);
	

   key_i_var=key_i;
	
   key_var_perm[55]=key_i_var[7];key_var_perm[54]=key_i_var[15];key_var_perm[53]=key_i_var[23];key_var_perm[52]=key_i_var[31];
   key_var_perm[51]=key_i_var[39];key_var_perm[50]=key_i_var[47];key_var_perm[49]=key_i_var[55];key_var_perm[48]=key_i_var[63];

   key_var_perm[47]=key_i_var[6];key_var_perm[46]=key_i_var[14];key_var_perm[45]=key_i_var[22];key_var_perm[44]=key_i_var[30];
   key_var_perm[43]=key_i_var[38];key_var_perm[42]=key_i_var[46];key_var_perm[41]=key_i_var[54];key_var_perm[40]=key_i_var[62];
	
   key_var_perm[39]=key_i_var[5];key_var_perm[38]=key_i_var[13];key_var_perm[37]=key_i_var[21];key_var_perm[36]=key_i_var[29];
   key_var_perm[35]=key_i_var[37];key_var_perm[34]=key_i_var[45];key_var_perm[33]=key_i_var[53];key_var_perm[32]=key_i_var[61];
   
   key_var_perm[31]=key_i_var[4];key_var_perm[30]=key_i_var[12];key_var_perm[29]=key_i_var[20];key_var_perm[28]=key_i_var[28];
   key_var_perm[27]=key_i_var[1];key_var_perm[26]=key_i_var[9];key_var_perm[25]=key_i_var[17];key_var_perm[24]=key_i_var[25];
   
   key_var_perm[23]=key_i_var[33];key_var_perm[22]=key_i_var[41];key_var_perm[21]=key_i_var[49];key_var_perm[20]=key_i_var[57];
   key_var_perm[19]=key_i_var[2];key_var_perm[18]=key_i_var[10];key_var_perm[17]=key_i_var[18];key_var_perm[16]=key_i_var[26];
   
   key_var_perm[15]=key_i_var[34];key_var_perm[14]=key_i_var[42];key_var_perm[13]=key_i_var[50];key_var_perm[12]=key_i_var[58];
   key_var_perm[11]=key_i_var[3];key_var_perm[10]=key_i_var[11];key_var_perm[9]=key_i_var[19];key_var_perm[8]=key_i_var[27];
   
   key_var_perm[7]=key_i_var[35];key_var_perm[6]=key_i_var[43];key_var_perm[5]=key_i_var[51];key_var_perm[4]=key_i_var[59];
   key_var_perm[3]=key_i_var[36];key_var_perm[2]=key_i_var[44];key_var_perm[1]=key_i_var[52];key_var_perm[0]=key_i_var[60];
   
	
   data_i_var=data_i;
   L_i_var[31]=data_i_var[6];L_i_var[30]=data_i_var[14];L_i_var[29]=data_i_var[22];L_i_var[28]=data_i_var[30];
   L_i_var[27]=data_i_var[38];L_i_var[26]=data_i_var[46];L_i_var[25]=data_i_var[54];L_i_var[24]=data_i_var[62];

   L_i_var[23]=data_i_var[4];L_i_var[22]=data_i_var[12];L_i_var[21]=data_i_var[20];L_i_var[20]=data_i_var[28];
   L_i_var[19]=data_i_var[36];L_i_var[18]=data_i_var[44];L_i_var[17]=data_i_var[52];L_i_var[16]=data_i_var[60];

   L_i_var[15]=data_i_var[2];L_i_var[14]=data_i_var[10];L_i_var[13]=data_i_var[18];L_i_var[12]=data_i_var[26];
   L_i_var[11]=data_i_var[34];L_i_var[10]=data_i_var[42];L_i_var[9]=data_i_var[50];L_i_var[8]=data_i_var[58];

   L_i_var[7]=data_i_var[0];L_i_var[6]=data_i_var[8];L_i_var[5]=data_i_var[16];L_i_var[4]=data_i_var[24];
   L_i_var[3]=data_i_var[32];L_i_var[2]=data_i_var[40];L_i_var[1]=data_i_var[48];L_i_var[0]=data_i_var[56];		   
		   		   
   R_i_var[31]=data_i_var[7];R_i_var[30]=data_i_var[15];R_i_var[29]=data_i_var[23];R_i_var[28]=data_i_var[31];
   R_i_var[27]=data_i_var[39];R_i_var[26]=data_i_var[47];R_i_var[25]=data_i_var[55];R_i_var[24]=data_i_var[63];

   R_i_var[23]=data_i_var[5];R_i_var[22]=data_i_var[13];R_i_var[21]=data_i_var[21];R_i_var[20]=data_i_var[29];
   R_i_var[19]=data_i_var[37];R_i_var[18]=data_i_var[45];R_i_var[17]=data_i_var[53];R_i_var[16]=data_i_var[61];

   R_i_var[15]=data_i_var[3];R_i_var[14]=data_i_var[11];R_i_var[13]=data_i_var[19];R_i_var[12]=data_i_var[27];
   R_i_var[11]=data_i_var[35];R_i_var[10]=data_i_var[43];R_i_var[9]=data_i_var[51];R_i_var[8]=data_i_var[59];

   R_i_var[7]=data_i_var[1];R_i_var[6]=data_i_var[9];R_i_var[5]=data_i_var[17];R_i_var[4]=data_i_var[25];
   R_i_var[3]=data_i_var[33];R_i_var[2]=data_i_var[41];R_i_var[1]=data_i_var[49];R_i_var[0]=data_i_var[57];	


   
   data_o_var_t[63:32]=stage1_R_o;
   data_o_var_t[31:0]=stage1_L_o;
   
   data_o_var[63]=data_o_var_t[24];data_o_var[62]=data_o_var_t[56];data_o_var[61]=data_o_var_t[16];data_o_var[60]=data_o_var_t[48];
   data_o_var[59]=data_o_var_t[8];data_o_var[58]=data_o_var_t[40];data_o_var[57]=data_o_var_t[0];data_o_var[56]=data_o_var_t[32];   
   
   data_o_var[55]=data_o_var_t[25];data_o_var[54]=data_o_var_t[57];data_o_var[53]=data_o_var_t[17];data_o_var[52]=data_o_var_t[49];
   data_o_var[51]=data_o_var_t[9];data_o_var[50]=data_o_var_t[41];data_o_var[49]=data_o_var_t[1];data_o_var[48]=data_o_var_t[33];
   
   data_o_var[47]=data_o_var_t[26];data_o_var[46]=data_o_var_t[58];data_o_var[45]=data_o_var_t[18];data_o_var[44]=data_o_var_t[50];
   data_o_var[43]=data_o_var_t[10];data_o_var[42]=data_o_var_t[42];data_o_var[41]=data_o_var_t[2];data_o_var[40]=data_o_var_t[34];
   
   data_o_var[39]=data_o_var_t[27];data_o_var[38]=data_o_var_t[59];data_o_var[37]=data_o_var_t[19];data_o_var[36]=data_o_var_t[51];
   data_o_var[35]=data_o_var_t[11];data_o_var[34]=data_o_var_t[43];data_o_var[33]=data_o_var_t[3];data_o_var[32]=data_o_var_t[35];
   
   data_o_var[31]=data_o_var_t[28];data_o_var[30]=data_o_var_t[60];data_o_var[29]=data_o_var_t[20];data_o_var[28]=data_o_var_t[52];
   data_o_var[27]=data_o_var_t[12];data_o_var[26]=data_o_var_t[44];data_o_var[25]=data_o_var_t[4];data_o_var[24]=data_o_var_t[36];   
   
   data_o_var[23]=data_o_var_t[29];data_o_var[22]=data_o_var_t[61];data_o_var[21]=data_o_var_t[21];data_o_var[20]=data_o_var_t[53];
   data_o_var[19]=data_o_var_t[13];data_o_var[18]=data_o_var_t[45];data_o_var[17]=data_o_var_t[5];data_o_var[16]=data_o_var_t[37];
   
   data_o_var[15]=data_o_var_t[30];data_o_var[14]=data_o_var_t[62];data_o_var[13]=data_o_var_t[22];data_o_var[12]=data_o_var_t[54];
   data_o_var[11]=data_o_var_t[14];data_o_var[10]=data_o_var_t[46];data_o_var[9]=data_o_var_t[6];data_o_var[8]=data_o_var_t[38];
   
   data_o_var[7]=data_o_var_t[31];data_o_var[6]=data_o_var_t[63];data_o_var[5]=data_o_var_t[23];data_o_var[4]=data_o_var_t[55];
   data_o_var[3]=data_o_var_t[15];data_o_var[2]=data_o_var_t[47];data_o_var[1]=data_o_var_t[7];data_o_var[0]=data_o_var_t[39];
   
   next_data_o = (data_o_var);
   
   stage1_iteration_i = (stage1_iter);

   next_ready_o = (0);	 	 
   stage1_L_i = (stage1_L_o);
   stage1_R_i = (stage1_R_o);
   stage1_round_key_i = (stage1_round_key_o);
    
   case(stage1_iter)
	
     0:
     begin
       if(load_i)
       begin
         next_stage1_iter = (1);
         stage1_L_i = (L_i_var);
         stage1_R_i = (R_i_var);
         stage1_round_key_i = (key_var_perm);
         next_data_ready = (0);
       end
       else if (!data_ready)
       begin

         next_stage1_iter = (0);	
         next_ready_o = (1);
         next_data_ready = (1);			 
       end
	 end
       
     15:
       next_stage1_iter = (0);
       
     default:	
       next_stage1_iter = (stage1_iter+1);		 
   
   endcase
 
end

endmodule
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