[发明专利]一种可预置和重构的密钥装置及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息加密技术领域，具体地讲是一种预置和重构的密钥装置及运行方法。 

背景技术

随着电子技术和通信技术的不断快速发展，用户对信息的安全存储、安全处理和安全传输的需求越来越迫切，如何保护数据的安全，已经成为人们首要面对的问题。2000年10月2日，美国国家标准与技术研究院NIST选择AES算法作为美国国家高级加密标准，AES已经在世界范围内成为加密标准。现有的AES加密中的密钥生成器大多是基于一种初始密钥的密钥生成器，一旦被破解，就必须重新更换初始密钥，比较麻烦。目前，国内外对AES的研究还是集中体现在软件实现上，用软件加密会受到处理器速度的影响，实现太慢，随着块加密算法越来越复杂，情况更是如此；其次是加密通过硬件实现更安全，通过硬件来实现密钥模块的内部运作，算法固化在硬件中，这使得比软件更不容易修改，可保证在外界无密钥的明文流动，能够实现真正意义上的保密。如中国专利200910013660.2公开了一种利用VLSI实现128位密钥长度AES算法的装置，用微处理器接口模块和微处理器相连，微处理器接口模块分别和密钥扩展模块，密钥轮数选择器，数据输出选择器和状态输出选择器相连接，密钥扩展模块的密钥轮数与密钥轮数选择器输出连接，密钥扩展模块状态输出与微处理器接口模块连接，密钥扩展模块轮密钥输出同时与加密运算模块的轮钥输入、解密模块的轮密钥输入连接。但该发明难以实时对初始密码进行修改。此外，硬件实现还具有高速、高可靠性等特点。因此设计AES算法的硬件实现，开发我国自主的硬件加密芯片，具有重要的现实价值和理论意义。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可预置和重构并扩展密钥算法的密钥装置及运行方法。本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种可预置和重构并扩展密钥装置，包括：键盘模块、128单循环计数模块、初始密钥查找表模块、1串入128并出移位寄存模块、控制模块Ⅰ模块、循环左移模块、S盒查表模块、32位扩展密钥生成模块、控制模块Ⅱ、32并入128并出移位寄存模块、轮密钥存储模块构成，键盘模块的输出与128单循环位计数模块相连；128单循环计数模块的输出与初始密钥查找表模块相连；初始密钥查找表模块的输出与1串入128并出移位寄存模块相连；1串入128并出移位寄存模块的输出与控制模块Ⅰ模块相连；控制模块Ⅰ的输出与循环左移模块和32位扩展密钥生成模块相连；循环左移模块的输出与S盒查表模块相连；S盒查表模块的输出与32位扩展密钥生成模块相连；32位扩展密钥生成模块的输出与控制模块Ⅱ相连；控制模块Ⅱ的输出与控制模块Ⅰ、32并入128并出移位寄存模块和轮密钥存储模块相连；32并入128并出移位寄存模块的输出与轮密钥存储模块相连。 

所说的128单循环计数模块包括时钟、复位端、使能端、预置数控制端、预置数据输入端、计数器计数值输出端和下一模块的同步信号控制端。 

初始密钥查找表模块包括时钟、使能端、地址数据输入端、存储单元数据输出端。

扩展密钥生成模块包括：时钟、复位端、数据输入控制及启动端、 128位初始密钥数据输入端、 128位轮密钥输出端、循环次数计数器计数值输出端、对轮密钥存储器的写入控制端。 

一种可预置和重构并扩展密钥算法的密钥装置运行方法，基于FPGA来完成，按下列步骤进行： 

1、键盘模块输入1个7位二进制数data作为128单循环计数模块的预置数；

2、128单循环计数模块由预置数data开始计数，当值为127时，然后由0到data-1，停止计数，共生成128个计数值；

3、128单循环计数模块生成128个计数值作为初始密钥查找表模块的地址进行查表，生成128个1位数据；

4、1串入128并出移位寄存模块将128个1位数据转换为1个128位数据，此128位数据作为初始密钥；

5、控制模块Ⅰ将128位初始密钥分组为4列w₃w₂w₁w₀，进入密钥扩展流程，经40次循环以AES密钥扩展的递归算法生成40个新列w₄₃-w₄; 

6、控制模块Ⅱ控制：

（1）判断如果循环变量i的值小于43则进行循环，如果循环变量i的值等于43则结束循环；

（2）将32位扩展密钥生成模块生成的新列W（i）送32并入128并出移位寄存模块，并控制32并入128并出移位寄存模块将4次循环生成的4个32位W（i）合为1个128位的AES轮密钥；