利用FPGA來實現(xiàn)RC6算法的設(shè)計與研究

　　ROM模塊在輸入地址和得到子密鑰數(shù)據(jù)之間，有一定的延時，從地址“00”輸入，開始讀取到輸出子密鑰總時間約一個時鐘周期左右。所以在主函數(shù)調(diào)用ROM時，需提前1～2個時鐘輸入地址。

　　由以上5個函數(shù)和加解密控制信號，可以實現(xiàn)此算法的一次計算。主函數(shù)將需要進行計算的128位數(shù)據(jù)da—tain、2個子密鑰keyl和key2，以及加解密控制信號輸入到RFunct函數(shù)里；函數(shù)rfunct將其分配到a、b、c、d四個寄存器，計算b=(b+b+1)×b和d=(d+d+1)×d；然后調(diào)用左移函數(shù)計算templ=b5和temp2=d5，調(diào)用afunct和cfunct計算a和c，再重組a、b、c、d為dataout，結(jié)束運算后輸出dataout。

　　2．3．3 加解密控制模塊

　　如圖4所示，RC6加解密端口定義為：

　　輸入端口

• 　　reset：復(fù)位信號，高電平有效。
• 　　clk：工作時鐘。
• 　　zset：加解密選擇信號，高電平為加密操作，反之則為解密操作。
• 　　keyin[63．．O]：從ROM輸入的子密鑰輸入。
• 　　datain[127．．O]：待加解密數(shù)據(jù)的輸入端。

　　輸出端口

• 　　flag：加解密結(jié)束信號，高電平有效。
• 　　keyad出[4．．O]：向ROM輸入5位的地址信號。
• 　　dataout[127．．O]：RC6加解密模塊輸出的128位加解密后的數(shù)據(jù)。

　　模塊功能

　　從ROM模塊中，接收包含2個子密鑰的數(shù)據(jù)keyin，并在前32位和后32位分別為一個32位子密鑰，根據(jù)zset信號對密鑰和數(shù)據(jù)進行加解密操作。

　　在主程序中利用一個狀態(tài)機來實現(xiàn)加解密運算：第1個狀態(tài)進行數(shù)據(jù)的初步處理，將128位數(shù)據(jù)分成4個32位數(shù)據(jù)保存在a、b、c、d這4個寄存器中；第2個狀態(tài)進行數(shù)據(jù)的初步運算，將結(jié)果保存在128位寄存器data中；第3個狀態(tài)和第4個狀態(tài)控制循環(huán)運算與ROM進行20次交互，一邊接收ROM子密鑰數(shù)據(jù)，一邊對data進行運算，最后一個狀態(tài)，接收最后2個密鑰，進行最后的加解密運算，得到新的a、b、c、d，重新組合成加／解密后的數(shù)據(jù)，將其輸出。

　　2．3．4 加解密頂層模塊

　　RC6加解密算法的頂層模塊包括了加解密控制模塊和ROM模塊。輸入／輸出信號描述如下：

　　輸入信號

• 　　reset：復(fù)位信號，高電平有效。
• 　　clk：工作時鐘。
• 　　zset：加解密選擇信號，高電平加密操作，反之則為解密操作。
• 　　datain［l27．．0]：待加／解密數(shù)據(jù)的輸入端。

　　輸出信號

• 　　flag：加解密結(jié)束信號，高電平有效。
• 　　dataout［l27．．0]：128位加解密后得到的數(shù)據(jù)。

　　此加解密模塊需要260個I／0端口，如果加入串口通信，可將128位的輸入信號和輸出信號分別利用l位的輸入端口和1位的輸出端口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，非常方便。

　　2．4 仿真結(jié)果分析

　　圖5為RC6加解密算法的功能仿真圖，輸入和輸出是128位。當輸入明文為128位全零數(shù)據(jù)時，得到的加密結(jié)果是36A5C38F78F781564EDF29C11EA44898，解密結(jié)果是全零。另外，還測試了其他的一些數(shù)據(jù)，根據(jù)官方公布的標準，此加解密模塊功能正確。

　　在進行仿真時，RC6加解密模塊工作時鐘周期為100ns，頻率為10 MHz。從reset低電平開始后的第一個時鐘上升沿(0．45μs)，至加解密運算結(jié)束并輸出結(jié)束信號flag(上升沿，8．958 376μs)，總共耗時約為8．5μs。

圖5 RC6加解密算法功能仿真圖

　　結(jié) 語

　　本文基于FPGA技術(shù)，實現(xiàn)了RC6算法。整個設(shè)計包括加解密函數(shù)模塊、加解密控制模塊、ROM模塊、UART模塊、輸入／輸出控制模塊等，通過軟件的仿真，并將程序下載到FPGA芯片進行硬件調(diào)試，驗證了設(shè)計的正確性和有效性。