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基于logistic混沌算法的动态口令芯片设计-电子与通信工程专业毕业设计-毕业设计论文.doc
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基于logistic混沌算法的动态口令芯片设计-电子与通信工程专业毕业设计-毕业设计论文.doc
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1
毕业论文
论文题目:
基于 Logistic 混沌算法的
动态口令芯片设计
学 生 姓 名 :
学 生 学 号 :
专 业 班 级 :
学 院 名 称 :
电子与通信工程
指 导 老 师 :
2012 年 6 月 5 日
2
摘 要
为了解决信息安全问题,得到加密用的混沌随机数,本文分析了 Logistic
混沌模型,提出了一种便于硬件实现的离散 Logistic 混沌算法,并完成了其硬
件结构设计。针对混沌随机数的典型应用,本文利用所述离散 Logistic 混沌算
法硬件电路,完成了一款动态口令芯片的设计,其具有安全性好,性价比高,速
度快等优点,其应用价值广。
关键字:Logistic FPGA 动态口令 混沌
3
Abstract
In order to sove the problem of information security,and get the
chaotic random numbers for encryption,this paper analyzed the Logistic
random chaos model and gave a kind of discrete Logistic chaos algorithm
which is easy for hardware realization,and completed its hardware
structure design.The dynamic password chip is a typical application of
random number in chaos,and this paper used the discrete Logistic chaos
algorithm mentioned above,and completed a dynamic password chip design,it
has the advantages of good security,low cost,high speed,and extensive
application value.
Keywords: Logistic; FPGA;dynamic password; chaotic
4
目 录
一、 引言..................................................................6
二、 方案论证..............................................................6
三、 Logistic 混沌算法设计 .................................................6
(一) Logistic 混沌模型分析 ................................................6
(二) 离散化的 Logistic 混沌算法............................................7
(三) Logistic 混沌算法系统设计 ............................................8
(四) Logistic 混沌算法模块设计 ............................................9
四、 动态口令芯片设计.....................................................10
(一)动态口令芯片的设计方案.............................................10
(二)动态口令芯片的实现.................................................11
1. 动态口令芯片硬件实现平台..........................................11
2. 软件设计和仿真平台................................................11
3. 基于 FPGA 的硬件电路模块设计.......................................12
五、 动态口令芯片的效果分析...............................................28
六、 结论.................................................................29
七、 参考文献.............................................................30
八、 附录.................................................................31
(一) 动态口令芯片的电路图................................................31
1.动态口令芯片的整体结构图...........................................31
2.Logistic 核心算法模块结构 .........................................31
3. 基于 FPGA 设计的顶层电路图.........................................31
(二) 基于 FPGA 设计的动态口令芯片各个子模块的设计代码.....................32
1. count 模块设计代码 ................................................32
2. 求补码模块(minus)设计代码.........................................34
3. mux2_1 模块代码 ...................................................34
4. diedai 模块设计代码 ...............................................35
5. enable 模块设计代码 ...............................................36
6. yingshe 模块的设计代码 ............................................37
7. xiaodou 模块的设计代码 ............................................39
8. key 模块设计代码 ..................................................40
9. deal 模块的设计代码 ...............................................43
10.dis_choose 模块的设计代码 .........................................44
11.fenpin 模块的设计代码 .............................................45
12.display 模块的设计代码 ............................................46
5
一、引言
随着现代信息技术的不断发展,信息安全技术变得越来越重要。为了使
信息在 的过程中不被窃取,通常要采用加密技术
[1]
。比较通用的加密技术中,
序列密码是一中和非常典型有效的加密方法
[2]
,其采用伪随机数序列和需要
加密的内容进行运算,得到加密后的内容。混沌现象是一种确定性的,类似
随机的过程,这种过程既非周期又不收敛,并且对初始值有及其敏感的依赖
性。从时域上看,混沌映射得到的序列类似于随机序列,相关性较弱,具有
很好的类白噪声特性,因此可以用来产生伪随机信号或伪随机码
[3]
。
Logistic 映射是一种非常简单却被广泛应用的经典混沌映射
[4-5]
。
动态口令技术是一种非常有效的身份认证&加密技术
[6-7]
。通常的动态口
令技术采用时间同步的认证机制
[8]
,常用的算法是使用 Hash 函数的 MDS 算
法
[9]
。该算法具有计算代价大,芯片成本高,专利授权费贵等缺陷。本文采
用 Logistic 混沌模型,设计出一套可以用硬件实现的算法,并利用该算法
实现了一个动态口令 IC,具有安全性好,性价比高,速度快等优点,应用价
值广泛。本设计的实现平台采用 FPGA,FPGA 技术应用逐渐在中国得以推广,
其广泛于数字通信技术,计算机应用技术,自动化控制等领域。FPGA 的最新
发展主要包括功能扩展和现场可编程技术,在原来离线的串/并行格式编程
的基础上,创新产生了所谓的在线式可编程技术(ISP)和动态可重配技术
(或称 cache logic)。使 FPGA 器件不仅仅是现场可编程,而且可用户在线
可编程,动态容量可扩展,从而进一步提高了 FPGA 技术的应用灵活性,降
低了应用系统的实现成本
[10]
。
二、方案论证
方案一:用 CPLD 去实现该动态口令牌芯片设计
方案二:用 FPGA 去实现该动态口令牌芯片设计
方案比较:尽管 CPLD 和 FPGA 都是可编程的 ASIC 芯片,但是 FPGA 相比 CPLD
而言更适合完成时序逻辑,同时在编程上,FPGA 比 CPLD 具有更大的灵活性,
支持在线可编程,再者 FPGA 相比 CPLD 集成度要高,而且 FPGA 内部触发器
资源丰富,在时序要求较高的场合用 FPGA 去实现更容易达到时序收敛,基
于上述比较,最终方案选择方案二。
三、Logistic 混沌算法设计
(一)Logistic 混沌模型分析
现代混沌学研究起源于 20 世纪 60 年代,混沌是一种特殊的动力学行为,
其会在该动力学系统中表现出一种确定性的,类随机的过程。这种过程非周
期,不收敛,但是有边界。所以这样的一种过程,只要其初始值有微小的变
化,就会形成完全不同的两组序列,所以利用混沌现象的天然随机过程,可
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