【摘 要】
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互联网技术的高速发展,给人们带来便利的同时也带来了许多安全隐患,不仅威胁人们的安全甚至威胁到国家的安全。信息安全已成为当下不容忽视的问题,密码技术是信息安全的重要保障,通过对明文信息进行加密传输,可以有效防止信息泄露和被窃取,是信息防护最重要也是最有效的手段。哈希算法是密码算法中重要的一员,可用于数字签名和验证签名,从而保证通信双方身份的真实性,另外广泛应用于各种密码系统和交换协议,保证信息传递的
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互联网技术的高速发展,给人们带来便利的同时也带来了许多安全隐患,不仅威胁人们的安全甚至威胁到国家的安全。信息安全已成为当下不容忽视的问题,密码技术是信息安全的重要保障,通过对明文信息进行加密传输,可以有效防止信息泄露和被窃取,是信息防护最重要也是最有效的手段。哈希算法是密码算法中重要的一员,可用于数字签名和验证签名,从而保证通信双方身份的真实性,另外广泛应用于各种密码系统和交换协议,保证信息传递的完整性。目前应用最广泛的哈希算法是MD系列和SHA系列算法,其中MD5算法和SHA-256算法的安全性高,应用广泛,最具有代表性。本文研究了MD5和SHA-256算法,提出了算法架构的优化方案,并进行了硬件设计与验证。在MD5算法实现中,首先提出了利用插入中间寄存器,对输入数据进行预处理等方式优化算法单元数据通路,通过优化加法器设计,缩短循环迭代运算时间,从而减少电路的延时,缩短单步关键路径。其次,本文提出了32级流水线设计方案实现算法,将2步运算作为流水线的一级,在同一时间内运算两个步骤,提升算法运算速度,缩短消息运算时间,提高数据吞吐量。以MD5算法实现为基础完成了SHA-256算法硬件实现。利用Quartus II以及Questa Sim软件进行设计和仿真验证,并使用Altera Cyclone-V FPGA开发板进行硬件实现与板级验证。实验结果表明,算法的最高时钟频率均达到了173MHz,数据吞吐量超过81Gbps。最后采用0.188)工艺进行MPW流片,芯片面积为6mm~2,在工作电压3.3V,时钟频率为150MHz时,功耗约为10.7m W,测试结果表明,设计达到预期功能指标。
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