USB安全钥片上系统设计

论文摘要

随着Internet在全世界的迅速发展，计算机信息安全被上升到极其重要的高度。特别对于电子商务作为信息网络的一个特殊应用领域，运行着大量需要保护的数据和信息，对此的安全保障，是尤为重要的。然而，由于在安全领域技术上的滞后，这将可能是我国今后网络商务稳步发展的一个瓶颈。为此，本课题将针对电子商务领域安全性、方便性和低成本的需要设计USB安全钥，它是利用USB技术与RSA加密解密芯片结合进行研究和设计，其主要功能就是要实现数据的硬件加密解密与身份认证。USB是现今应用得最普遍的一种外围设备，更重要的是USB有随身携带和即插即用的优点，这些优点都将有利于USB在身份认证领域的应用和推广。本课题研究和设计的核心内容是RSA算法的理论基础和硬件实现，设计过程中将使用硬件描述语言VerilogHDL进行寄存器传输级程序设计。本文将深入研究RSA算法，提出用除法求余函数代替轮减求余函数实现加解密中基本的运算，求模。另外还将对RSA算法中的模幂和模乘运算进行探讨。在此基础上，利用Xilinx进行算法的程序设计，用ModelSim设计进行仿真验证，并对结果进行分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 USB技术在网络信息安全应用的优势
• 1.3 密码密钥体系
• 1.3.1 对称型公钥密码体系
• 1.3.2 公钥密码体系
• 1.3.3 公钥的优点及公钥的安全传输机制
• 1.3.4 RSA安全因素
• 1.3.5 数字签名
• 1.3.6 文件鉴别的意义
• 1.4 利用数字硬件设置现实算法
• 1.4.1 Verilog HDL的设计流程
• 1.4.2 设计输入
• 1.4.3 仿真与功能验证
• 1.4.4 映象和布局布线
• 1.5 论文的主要内容
• 第二章 USB技术的研究
• 2.1 USB技术简介
• 2.2 USB的即插即用
• 2.3 USB的基本特性
• 2.4 USB安全钥的完整功能
• 2.5 小结
• 第三章 RSA算法理论基础的分析与研究
• 3.1 数学基础
• 3.1.1 素数
• 3.1.2 互素
• 3.1.3 模运算
• 3.2 RSA加密算法
• 3.2.1 RSA算法的缺点
• 3.3 小结
• 第四章 RSA相关的各种子算法
• 4.1 单个数的模算法
• 4.1.1 用连减法求模和向下整除
• 4.1.2 除法求模函数
• 4.2 产生素数p，q，并求n
• 4.2.1 素数的素性检测
• 4.3 用于求gcd（a，b）的算法－欧几里德最大公因子算法
• 4.4 利用欧几里德算法求产生加密密钥e
• 4.5 利用逆欧几里德算法求解密密钥d
• 4.6 模幕运算
• 4.6.1 二进制平方和乘方法求模幂
• 4.6.2 动窗口求模幂法
• 4.6.3 从左到右的二进制模幂法
• 4.6.4 从右到左的二进制模幂法
• 4.7 模乘运算
• 4.7.1 共时模乘法
• 4.7.2 Montgomery算法求模幂
• 4.7.3 Montgomery的变换算法
• 4.7.4 操作数扫描方式CIOS
• 4.7.5 积扫描方式FIPS
• 4.8 小结
• 第五章 RSA算法的总体设计方案
• 5.1 求模算法的设计
• 5.2 模幂算法的设计
• 5.3 模乘算法的设计
• 5.4 RSA密码芯片总体方案
• 5.4.1 RSA密码芯片的具体的工作流程
• 5.4.2 模幂运算器结构
• 第六章 RSA系统RTL级设计和仿真
• 6.1 VerilogHDL硬件描述语言
• 6.2 自顶而下划分系统模块进行开发
• 6.3 RSA算法中各中子模块算法的硬件描述程序仿真
• 6.4 小结
• 第七章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况