嵌入软件无线电台中的AES加密模块研究

论文摘要

随着电子、计算机等技术的高速发展,社会的信息化程度越来越高,人们对信息的安全性提出了更高的要求,对数据的加密处理无疑是保证数据安全的必要环节。本论文介绍的嵌入软件无线电台的加密模块基于TI公司数字信号处理器芯片TMS320VC5416,加密模块通过专门的PCI接口芯片PCI9054与软件无线电台兼容PCI总线进行数据传输。通过数字信号处理器软件实现了高级加密标准算法,并采取了汇编语言编程、查表实现S盒运算和列混合运算等优化方法使算法加密速率大于3Mb/s,并为高级加密标准算法模块设计了C语言调用接口支持在C语言环境的调用。通过IC卡保存重要的算法代码和重要参数,加密模块加电后数字信号处理器从IC卡加载算法和参数,提高了安全性,并支持算法未来升级的需要。加密模块在CPLD器件中通过VHDL语言编程实现了数字信号处理器对FLASH随机存储器和IC等的读写访问控制。通过在选取元器件时对器件功耗和工作温度严格控制,加密模块的功耗指标小于3W,工作温度指标达到-25℃至+55℃。以CCS集成环境为开发调试工具,用C和汇编语言的混合编程方法实现了高级加密标准算法、IC卡读写、CPCI通信等的软件,并对高级加密标准算法在数字信号处理器芯片中的运行进行软件模拟、在片运行测试评估以及正确性验证,同时还给出了加密模块的加密速率、功耗和工作温度的测试方法及结果,另外详细描述了以数字信号处理器芯片TMS320VC5416为处理器的硬件系统平台,完成了部分主要器件在具体接口上的电路连接与信号控制。本论文设计的嵌入软件无线电台的加密模块设计为标准CPCI板卡,可嵌入到软件无线电台中,支持热插拔,携带方便,便于管理;基于数字信号处理器芯片TMS320VC5416硬件平台,使用高级加密标准算法加密速度可达3Mb/s以上;通过IC卡支持算法升级,并有较好的安全性,可以满足很多普通用户的需求,甚至通过完善改进还可满足一些特殊用户的需求;工作环境可以满足工业级工作温度-25℃至+55℃;功耗低,整机工作时功耗小于3W;另外实现的高级加密标准算法软件模块可以在其他TMS320VC5416硬件平台场合应用。因此本论文有着很重要的现实意义,具有非常广阔的市场前景和一定的研究价值,并为今后研究和完善基于软件无线电台的加密系统奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景及研究意义
• 1.2 论文研究的国内外发展现状
• 1.3 论文研究内容和目的
• 第二章 论文相关基础知识
• 2.1 软件无线电技术
• 2.1.1 基本概念
• 2.1.2 基本结构
• 2.1.3 一般软件无线电台系统结构
• 2.2 数字信号处理器（DSP）技术
• 2.2.1 数字信号处理器概述
• 2.2.2 芯片选择
• 2.2.3 开发环境
• 2.3 AES 算法介绍
• 2.3.1 状态、密钥种子和轮数
• 2.3.2 基本运算单元
• 2.3.3 加密算法
• 2.3.4 密钥扩展
• 2.4 CPCI 接口以及智能IC 卡技术
• 2.4.1 CPCI 接口介绍
• 2.4.2 智能IC 卡技术介绍
• 第三章 加密模块硬件系统介绍及实验结果
• 3.1 总体结构框图
• 3.2 各硬件功能模块的介绍
• 3.2.1 主控制运算模块
• 3.2.2 CPCI 接口模块的设计
• 3.2.3 译码控制逻辑
• 3.2.4 智能IC 卡及接口
• 3.2.5 存储单元模块
• 3.3 硬件平台联试及实验结果
• 3.3.1 通过CPCI 总线与系统通信测试
• 3.3.2 加密模块功耗测试
• 3.3.3 加密模块工作温度试验
• 第四章 加密模块软件设计
• 4.1 DSP 软件的设计
• 4.1.1 DSP 软件开发流程
• 4.1.2 DSP 存储空间配置
• 4.1.3 AES 算法的实现
• 4.1.4 AES 算法的测试及结果
• 4.1.5 与智能IC 卡通信软件
• 4.1.6 DSP 程序自举设计
• 4.2 加密模块驱动程序设计
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本论文总结
• 5.2 与其它同类产品的比较
• 5.3 本论文存在的不足及下一步展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 作者攻读硕士期间取得的成果