基于FPGA的智能卡加密模块的研究与实现

论文摘要

随着计算机和信息技术的飞速发展,信息的安全性越来越受到人们的重视。敏感信息的电子化在使用户得到便利的同时,数据、资源免泄漏也成为了人们必须注意的一个大隐患。在这个信息全球化的时代,病毒、黑客、电子窃听欺骗、网络攻击都是人们所必须面对的重大问题。出于这种需要,加密自然吸引了人们的注意力,而传统的软件加密技术已经越来越不能满足信息安全对运算速度和系统安全性的需求,硬件设施的开发显示出其重要性,硬件加密模块的地位也越来越重要。但其安全性仍存在着一定的问题,对安全性研究仍是不可放松的一个重要问题。论文介绍了目前几种流行加密算法及标准,并对典型的公钥密码标准RSA进一步说明。RSA算法可以进行数字签名、数据加/解密,将其应用于数据安全领域具有很大的意义。针对于目前硬件加解密相对于软件加解密的种种优势,论文重点研究RSA算法的基于硬件FPGA的设计实现方案。FPGA是近几年的超大规模集成电路设计的焦点,其速度及成本等都占有一定的优势。对RSA算法的FPGA设计,论文主要研究两方面的内容:密钥生成部分中的素数检测问题和加/解密算法中关键瓶颈——大数模乘及模幂运算。并进行了软硬件的仿真、验证与测试。论文对RSA设计模块的可应用领域之一——智能卡及其安全性做了简单的介绍,并对论文所研究实现的模块在其中的应用进行了说明,从而体现了其实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 信息安全的发展现状及研究的意义
• 1.3 论文的主要内容
• 第2章 相关基础知识
• 2.1 相关密码学基础知识
• 2.1.1 相关理论
• 2.1.2 密码技术
• 2.1.3 哈希函数和数字签名
• 2.2 加密算法的选择
• 2.2.1 几种流行算法标准简介
• 2.2.2 算法对比及选择
• 2.3 硬件加密相关知识
• 2.3.1 硬件加密与软件加密的区别
• 2.3.2 FPGA 相关知识
• 2.4 本章小结
• 第3章 RSA 基于FPGA 的算法分析与设计
• 3.1 RSA 算法原理
• 3.2 RSA 芯片总体设计
• 3.3 密钥生成FPGA 设计
• 3.3.1 密钥生成设计分析
• 3.3.2 密钥生成过程设计
• 3.4 加解密模块FPGA 设计
• 3.4.1 大数基本运算
• 3.4.2 大数模幂、模乘
• 3.5 本章小结
• 第4章 RSA 算法的FPGA 实现
• 4.1 实现方法介绍
• 4.2 模块HDL 生成
• 4.2.1 RSA 密钥生成
• 4.2.2 加解密中的大数模乘
• 4.3 系统仿真及验证
• 4.3.1 仿真、综合概述
• 4.3.2 系统测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 加密模块在智能卡中的应用
• 5.1 智能卡相关知识
• 5.1.1 智能卡的发展
• 5.1.2 智能卡结构
• 5.2 智能卡安全
• 5.3 RSA 算法在智能卡中的应用
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢