基于FPGA的轻量级密码分析技术研究

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密码学分为密码编码学和密码分析学,两者虽然是矛与盾的对立关系,但是缺一不可。密码设计学研究隐秘信息的手段和原理,其目的是为了设计出安全的加密算法。密码分析学旨在寻找密码算法存在的安全缺陷,对于信息安全的良性发展有着推动性的价值和意义。目前已知的密码分析方法中大多需要较高时间和空间复杂度,在没有超级计算机的辅助下,这些分析方法很难得到实际应用而停留于理论分析。因此,当缺乏有效数学分析方法破解密码时,设计一种成本低、计算性能优、扩展性好的专用密码分析系统,将对密码学的发展有积极的推动作用。  FPGA作为可编程逻辑器件已被广泛用于设计硬件加密芯片。依靠 FPGA编程灵活、开发周期短和并行处理等优点来搭建的密码分析平台,相较于传统计算机作为分析平台可大大的提高密码分析效率。  本文设计并实现了基于FPGA+ARM的密码分析系统,主要完成工作如下:  一、设计实现了基于多片FPGA并行的高速数字处理系统,完成系统控制端和处理端两部分的硬件原理图、PCB设计,并且研究了电路板的电磁兼容性、时序和信号完整性等以确保硬件系统工作稳定。  二、基于ARM设计开发了与硬件平台配套的相关软件,主要包括:1.ARM作为微控制器实现FPGA被动配置;2.基于LPC1768实现9位方式多机通信;3.LCD界面控制等软件设计。  三、基于本硬件平台利用 Verilog语言分别对轻量级分组密码 EPCBC和流密码Hitag2实现了Cube中比特检测和穷搜索攻击算法。  实验结果验证了本系统具有如下特点:1.扩展性好,可实现512片 FPGA并行。2.灵活性好,基于 ARM对 FPGA进行被动配置,可实现多种攻击算法快速切换。3.低成本、高处理性能。
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