基于SHA-1算法的FPGA加密设计.pdf

在现代电子设计领域中，FPGA（现场可编程门阵列）技术因其强大的功能、开发周期短、可反复编程修改等优势，广泛应用于复杂数字硬件电路设计。FPGA主要基于SRAM工艺，但存在一个问题：每次断电后需要重新配置，这个过程有可能泄露设计者的配置信息。因此，对重要FPGA器件进行加密变得尤为重要。 文章《基于SHA-1算法的FPGA加密设计》提出了解决方案，即通过SHA-1加密算法及双重随机化方法（种子随机化和验证时间间隔随机化），提高FPGA芯片的抗追踪性及安全性，有效防止非法拷贝。 SHA-1是一种单向散列算法，它能够将数据输入通过特定函数关系转换为160位的信息鉴定码（MAC）。其主要特点包括： 1. 不可逆性：一旦得到MAC，无法推断出原始输入信息。 2. 结果的特定性：给定输入将对应唯一的MAC。 3. 高雪崩效应：输入数据的微小变化会引起MAC结果巨大变化。 该设计中，FPGA内部置入了加密模块，上电配置时，FPGA功能系统和加密模块一起配置进FPGA。之后，FPGA功能系统会处于等待状态，不能正常工作。内置的随机数产生模块会生成随机数，加密模块会使用SHA-1算法计算MAC，并与外部的加密器进行比对。如果比对成功，则FPGA功能系统将开始工作，并进行下一次的MAC验证。整个过程不断循环，确保了FPGA内部信息的安全。 此外，本设计采用Altera公司的Cyclone II系列FPGA芯片EP2C5T144C6，使用Verilog语言进行加密模块的设计、综合与仿真。尽管内容中存在OCR扫描文字识别错误，但不影响对文章主题的理解。 该设计的核心是利用硬件特性实现的安全加密机制，通过硬件加密保障数据安全，防止非法访问和复制，增加了系统的安全性。此类应用对于保护知识产权、维护商业机密等方面具有重要意义。尽管SHA-1算法因为近年来安全性遭到质疑而逐渐被其他算法如SHA-256所取代，但是本方案在设计原理上的探索仍具有参考价值。随着安全技术的不断进步，未来会涌现出更多高效安全的FPGA加密设计方法。