內容簡介
《基於硬件邏輯加密的保密通信係統》在傳統密碼學的基礎上主要介紹瞭加密算法及HDL程序實現,重點給齣瞭數據加密核與加密芯片設計,為保證信息的安全傳輸,設計瞭完整的數據加密係統。全書共15章。其中,第1章主要介紹《基於硬件邏輯加密的保密通信係統》研究對象和一些基礎知識。第二章和第三章主要講解基於可編程邏輯分組密碼實現過程。第四章和第五章主要講解基於可編程邏輯公鑰密碼實現過程。後幾章則將分彆介紹不同的相關技術和應用實例。
作者簡介
丁群,女,1957年,現為黑龍江大學電子工程學院教授,博士生導師,同時兼任電子工程學院副院長、黑龍江省高校電子工程重點實驗室主任、黑龍江大學信號與信息處理重點實驗室主任、黑龍江省通信學會理事等職務。
楊自恒,男,1972年,黑龍江大學副教授,長期從事於科研一綫,積纍瞭豐富的工程經驗.程海程海,男,1979年,黑龍江大學講師,從事密碼學研究,及相應的工程,具有豐富的工程經驗。
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目錄
第一章 緒論 15
1.1 通信安全 15
1.2 保密通信係統 16
1.2.1 香農保密通信係統 16
1.2.2 加密係統基本原理 17
1.2.3 加密體製 18
1.3 現場可編程門陣列 19
1.4 VHDL編程 20
1.5 QuartusⅡ仿真軟件 23
1.6 DSP Builder的設計 26
第二章 分組密碼DES 30
2.1 DES算法描述 30
2.2 DES中的初始置換IP與初始逆置換IP-1 33
2.3密碼函數f 33
2.4 輪密鑰的生成過程 37
第三章 基於FPGA的分組密碼AES實現 41
3.1 ASE加密算法 41
3.1.1 AES算法數學知識 41
3.1.2 AES算法描述 44
3.1.3 AES算法一輪迭代 50
3.2 AES算法的FPGA實現 50
3.2.1 開發環境介紹 50
3.2.2 整體結構設計 51
3.2.3 係統分支模塊設計 52
3.2.3.1串口模塊 52
3.2.3.2串並轉換模塊 54
3.2.3.3 控製模塊 55
3.2.3.4 密鑰生成模塊 56
3.2.3.5 加密模塊 58
3.2.4 AES加密係統的片上測試 61
第四章 基於FPGA的RSA公鑰密碼實現 69
4.1 RSA算法數論知識 69
4.1.1 模運算的定義 69
4.1.2 歐幾裏得(Euclidean)算法 70
4.1.3 擴展歐幾裏得(Extended Euclidean)算法 72
4.1.4 模冪算法 73
4.1.5 模乘算法 74
4.1.6 公開密鑰算法的密鑰交換原理 75
4.2 RSA加解密算法理論 76
4.2.1 RSA加解密算法 76
4.2.2 RSA加密算法分析 78
4.2.2.1 p和q取值 78
4.2.2.2 d和e的選擇 79
4.2.2.3加密和解密的算法 79
4.2.3 RSA算法舉例與Matlab仿真 81
4.3 基於FPGA硬件實現RSA算法設計 84
4.3.1 實現RSA公鑰算法的頂層設計 84
4.3.2 實現公鑰 的互素判斷模塊設計 85
4.3.3 實現私鑰 的模塊設計 86
4.3.4 求模冪算法模塊設計 89
第五章 基於FPGA的橢圓麯綫加密算法實現 95
5.1 橢圓麯綫加密算法理論 95
5.1.1 橢圓麯綫相關理論 95
5.1.2 橢圓麯綫群的運算法則 96
5.2 橢圓麯綫加解密原理 98
5.2.1橢圓麯綫離散對數問題 98
5.2.2 係統建立和密鑰生成 98
5.2.3 橢圓麯綫密碼體製加解密過程 99
5.2.4 橢圓麯綫相關參數 100
5.3 密鑰交換協議 100
5.3.1 Diffie-Hellman密鑰交換協議 100
5.3.2 ECDH密鑰交換協議 102
5.4 橢圓麯綫加密有限域運算模塊設計 103
5.4.1有限域加法模塊 104
5.4.2 有限域乘法模塊 106
5.4.3 有限域平方模塊 108
5.4.4有限域求逆模塊 109
5.4.5 有限域運算模塊的驗證 111
5.5 點加和點倍單元設計 113
5.6 點乘單元設計 118
第六章 基於FPGA的序列密碼實現 123
6.1 序列密碼體製 123
6.1.1 序列密碼加密原理 123
6.1.2 序列密碼分類 125
6.2 序列密碼性質 126
6.2.1 序列的周期性 126
6.2.2 序列隨機特性 127
6.2.3 序列的綫性復雜度 129
6.2.4 對密鑰序列的要求 130
6.3 反饋移位寄存器 130
6.3.1 綫性移位寄存器結構 130
6.3.2 綫性反饋移位寄存器的特徵多項式 132
6.3.3 序列密碼的破譯 137
6.3.4 非綫性序列密碼 140
6.4 A5/1碼 143
6.4.1 A5/1算法原理 143
6.4.2 A5/1算法的硬件實現 143
6.4.3 A5/1模塊設計 144
6.4.3.1 m序列模塊 144
6.4.3.2多數函數發生器模塊 145
6.4.3.3 異或模塊 147
6.4.3.4 A5/1總體設計 148
6.5 其他幾種序列密碼 149
6.5.1 E0碼 149
6.5.2 W7碼 152
6.5.3 HELIX碼 154
6.5.4 幾種序列密碼實現結果比較 155
6.6 序列密碼安全分析方法 157
6.6.1 Kerckhoff假設與密碼係統的安全性 157
6.6.2 攻擊密碼的方法 158
6.6.2.1按可利用資源分析 158
6.6.2.2 按破譯方式分析 159
6.6.2.3 常見的密碼分析方法 159
第七章 混沌序列密碼 161
7.1 混沌基本理論 161
7.1.1混沌的定義 162
7.1.2混沌運動的特徵 162
7.1.3混沌的分析識彆方法 164
7.1.3.1定性分析法 164
7.1.3.2定量分析法 165
7.1.4 相關混沌特性分析與計算 166
7.1.4.1 Lyapunov指數 166
7.1.4.2 Kolmogorov熵 170
7.1.4.3 分叉動態行為分析 173
7.1.4.4 相關函數分析 175
7.1.4.5 功率譜分析 177
7.2典型的混沌係統 180
7.2.1離散混沌係統 180
7.2.1.1 Logistic混沌映射 180
7.2.1.2 Henon混沌映射 182
7.2.1.3 Tent混沌映射 182
7.2.2連續混沌係統 183
7.2.2.1 Lorenz係統 183
7.2.2.2 Rossler係統 185
7.2.2.3 Chen係統 187
7.2.2.4 Duffing電路 188
7.2.2.5 Clifford係統 188
7.3數字混沌模塊設計 189
7.3.1 數字混沌模塊設計原理 190
7.3.2 Logistic數字混沌電路設計 191
7.3.3 DSP Builder中Altbus模塊 194
7.4 數字混沌特性中分岔現象 196
7.5 數字混沌密鑰序列發生器周期擴展方法 199
7.5.1 周期擴展理論方法分析 199
7.5.2 Logistic數字混沌周期擴展電路實現 201
7.5.3 Logistic數字混沌序列測試 203
7.5.3.1 平衡性檢驗 204
7.5.3.2 遊程特性分析 204
7.5.3.3 相關函數分析 205
7.6 數字混沌序列周期測試新方法 206
第八章 糾錯捲積編碼的DSP實現 209
8.1 捲積編碼概述 209
8.2 捲積碼結構特性及維特比譯碼 210
8.2.1 捲積碼的狀態圖和網格描述 210
8.2.2 捲積碼的傳遞函數 212
8.2.3 維特比算法 214
8.3 捲積碼的Matlab仿真實現 216
8.3.1 (2,1,7)捲積碼編碼器 217
8.3.2 (2,1,7)編碼器的Matlab仿真 218
8.3.3 維特比譯碼原理分析與Matlab仿真 219
8.3.4 基於Matlab的 (2,1,7)捲積碼性能分析 220
8.3.5 DSP實現的(2,1,7)捲積碼性能仿真 222
8.4 捲積碼的硬件平颱實現 224
8.4.1 捲積碼編碼的DSP實現 224
8.4.2 維特比譯碼的DSP實現 225
8.4.3 捲積碼的糾錯能力驗證 226
第九章 調製與解調 228
9.1調製解調基本原理 228
9.1.1 BPSK調製的基本原理 228
9.1.2 BPSK解調的基本原理 229
9.1.3 載波同步的概念 230
9.1.4 幾種常見的載波同步算法 231
9.1.4.1導頻載波同步法 231
9.1.4.2平方環載波同步法 233
9.1.4.3判決反饋環載波同步法 234
9.1.4.4科斯塔斯環載波同步法 234
9.2 載波同步係統的設計 236
9.2.1 係統的總體設計 236
9.2.2 載波同步環路主要模塊的設計 237
9.2.2.1數字控製振蕩器的設計 237
9.2.2.2鑒相器的設計 240
9.2.2.3環路濾波器的設計 242
9.3 調製解調的Matlab仿真實現 246
9.3.1 發送部分的MATLAB仿真 246
9.3.2 接收部分的MATLAB仿真 247
9.3.2.1模數轉換模塊的仿真 247
9.3.2.2 BPSK解調模塊的仿真 248
9.3.2.3 NCO模塊的仿真 250
9.3.2.4低通濾波模塊的仿真 253
9.3.2.5鑒相器模塊的仿真 254
9.3.2.6環路濾波器模塊的仿真 255
9.4調製解調的FPGA實現 257
9.4.1數字發射機的FPGA實現 257
9.4.1.1基帶信號模塊 257
9.4.1.2載波信號模塊 258
9.4.1.3 BPSK調製模塊 259
9.4.2數字接收機的FPGA實現 260
9.4.2.1 NCO模塊 261
9.4.2.2混頻器模塊 261
9.4.2.3積分和纍加器模塊 262
9.4.2.4鑒相器模塊 263
9.4.2.5環路濾波器模塊
前言/序言
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