古典加密電路硬件設(shè)計(jì)

1、 13 / 13課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)1設(shè)計(jì)目的：1、通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將復(fù)習(xí)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，使課堂學(xué)習(xí)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，通過(guò)本課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐使學(xué)生具有一定的實(shí)踐操作能力；2、掌握quartus ii或xilinx ise使用方法，能熟練運(yùn)用該軟件設(shè)計(jì)并仿真電路；3、學(xué)會(huì)用數(shù)字電子器件組成復(fù)雜系統(tǒng)的方法。2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：一、學(xué)習(xí)quartus ii軟件軟件設(shè)計(jì)要求：1. 建立項(xiàng)目，選擇元件2. 元件調(diào)入，加輸入輸出引腳3. 設(shè)計(jì)原理圖4. 編譯電路5. 建立波形文件6. 波形仿真7. 了解引腳分配，電路下載二、實(shí)踐設(shè)計(jì)要求：1、根據(jù)

2、所選題目，在quartus ii軟件中設(shè)計(jì)原理圖。2、實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)電路的局部仿真和總體仿真。3、每五六人一組，寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。三、參考題目：古典加密電路設(shè)計(jì)一般的密碼系統(tǒng)模型如圖1所示：圖1古典加密系統(tǒng)模型1、 明文為16位二進(jìn)制序列，密鑰為設(shè)計(jì)人學(xué)號(hào)乘133的16位二進(jìn)制數(shù)。2、 設(shè)計(jì)電路時(shí)采用以下兩種方式（1）、串入并出（2）、并入串出3設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)(論文)、圖紙、實(shí)物樣品等：每個(gè)同學(xué)獨(dú)立完成自己的任務(wù)，每人寫(xiě)一份設(shè)計(jì)報(bào)告，在課程設(shè)計(jì)論文中寫(xiě)明自己設(shè)計(jì)的部分，給出quartus ii設(shè)計(jì)原理圖與仿真圖。4主要參考文獻(xiàn)：1. 畢滿清等.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).

3、太原：機(jī)械工業(yè)出版社.2000.2. 韓炎.數(shù)字電子技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社.2010.3. 仇佩亮.信息論與編碼. 北京：高等教育出版社.2003.4. 潘松,黃繼業(yè).eda技術(shù)實(shí)用教程.北京：科學(xué)出版社，2002.5設(shè)計(jì)成果形式及要求：設(shè)計(jì)的原理圖，仿真圖。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄：一、設(shè)計(jì)目的二、設(shè)計(jì)要求三、設(shè)計(jì)步驟1.設(shè)計(jì)方案2.設(shè)計(jì)過(guò)程3.設(shè)計(jì)結(jié)果四、設(shè)計(jì)總結(jié)五、心得體會(huì)五、參考文獻(xiàn)說(shuō)明書(shū)正文一、 設(shè)計(jì)目的：設(shè)計(jì)一個(gè)古典加密電路，實(shí)現(xiàn)如下圖的功能。二、 設(shè)計(jì)要求：電路實(shí)現(xiàn)對(duì)并行輸入明文為16位的二進(jìn)制序列，用16位二進(jìn)制密匙進(jìn)行加密（密鑰為設(shè)計(jì)人學(xué)號(hào)乘133的16位二進(jìn)制

4、數(shù)。），加密以后再串行傳輸，串行解密后，串行輸出。 以48號(hào)為例：k=（48*133）10=（6384）10=（0001 1000 1111 0000）2三、 設(shè)計(jì)步驟：1. 設(shè)計(jì)方案：電路總體由p0-p15并行輸入每一幀16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，每一位數(shù)據(jù)用一個(gè)異或門加密，并行傳輸?shù)浇邮斩?，再?6選1數(shù)據(jù)選擇器控制，一位一位地串行輸出，在經(jīng)過(guò)一個(gè)異或門解密，可得到串行輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。每一幀數(shù)據(jù)輸入后，用四個(gè)74161芯片的輸出端保持，直到16位數(shù)據(jù)處理完畢，再接收數(shù)據(jù)的輸入。如此循環(huán)，便可連續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。2. 設(shè)計(jì)過(guò)程：第一步：我們先做了一個(gè)一位的數(shù)據(jù)加密傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單位數(shù)據(jù)的加密傳輸。加密

5、與解密主要依據(jù)異或門的這一性質(zhì)：(mk)k=m。如下圖：第二步：我們打算讓16位的數(shù)據(jù)并行輸入與加密，經(jīng)過(guò)兩個(gè)16選1數(shù)據(jù)選擇器將并行加密的數(shù)據(jù)m與密匙k一位一位相對(duì)應(yīng)地選出來(lái)，再解密輸出。于是我們先設(shè)計(jì)出了16選1數(shù)據(jù)選擇器。如下圖：下一張圖是對(duì)16選1數(shù)據(jù)選擇器的仿真：輸入p=（0101 0101 0101 0101）2，輸出out是一個(gè)方波。第四步：將16選1數(shù)據(jù)選擇和上一個(gè)電路組合起來(lái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一幀16位數(shù)據(jù)的加密傳輸。電路如下圖：第五步：在輸入端加4個(gè)74161控制數(shù)據(jù)一幀一幀地輸入,從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的數(shù)據(jù)加密傳輸系統(tǒng)：電路圖如下圖所示：3.設(shè)計(jì)結(jié)果：該圖所示：電路的加密密匙是k=

6、（0001 1000 1111 0000）2電路的輸出是一個(gè)占空比為50%的方波，而電路的輸入是p=（0101 0101 0101 0101）2 。該圖所示：電路此時(shí)的輸入是p=（0101 0101 0101 0101）2，輸出是一個(gè)占空比為50%的方波。該圖的密匙不變，輸入是p=（1111 1110 1100 1000）2，輸出如圖所示，輸入與輸出一致。四、設(shè)計(jì)總結(jié)：這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的加密電路，如果要考慮芯片的延時(shí)，要實(shí)現(xiàn)以上功能所用的芯片必須是高速的，否則電路可能因?yàn)檠訒r(shí)造成輸出紊亂。這樣的同步問(wèn)題出現(xiàn)在下面的情況中：當(dāng)?shù)?6個(gè)上升沿方波脈沖輸入時(shí)16選1數(shù)據(jù)選擇器的co端輸出一個(gè)高電平，經(jīng)

7、過(guò)一個(gè)非門反饋到輸入控制端的ld端，使其處于高電平；在這一上升沿方波脈沖和ld端的高電平使74161處于接受輸入的狀態(tài)，輸入端打開(kāi)，新的16位數(shù)據(jù)輸入，再來(lái)一個(gè)上升沿方波脈沖，數(shù)據(jù)輸入控制端的161芯片轉(zhuǎn)換到保持狀態(tài)。這以過(guò)程的同步很重要。由于一個(gè)周期只能傳輸一幀16位數(shù)據(jù)，所以輸入端數(shù)據(jù)的輸入周期為16個(gè)脈沖周期，即：每經(jīng)過(guò)16個(gè)脈沖周期才能傳輸一幀數(shù)據(jù)。五、心得體會(huì)：課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程”千里之行始于足下”。 今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)進(jìn)入社會(huì)前的第一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)

8、。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我充分理解了學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)的重要性，進(jìn)一步掌握了quartus ii軟件的使用和簡(jiǎn)單加密解密過(guò)程。加強(qiáng)了全隊(duì)合作的意識(shí)增進(jìn)了同學(xué)之間的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。并且在本次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中充分運(yùn)用了所學(xué)習(xí)的書(shū)本知識(shí)。1.對(duì)課程設(shè)計(jì)的整體認(rèn)識(shí)方面：在真正的接觸課程設(shè)計(jì)之前，心里是一種模糊的感覺(jué)，覺(jué)得很難和繁瑣無(wú)從入手，但當(dāng)課程設(shè)計(jì)的題目給出來(lái)之后心里立刻有了明確的目標(biāo)，雖然它所涉及到的知識(shí)依然是很復(fù)雜的，但至少有了明確的方向，對(duì)課程設(shè)計(jì)也有了一個(gè)新的整體的認(rèn)識(shí)，那就是即使是再繁雜的任務(wù)也在你有了明確的任務(wù)和目標(biāo)后可以細(xì)化到很小很簡(jiǎn)單的一個(gè)個(gè)任務(wù)上，分步完成，整體串聯(lián)。2.在知識(shí)儲(chǔ)備的方面

9、：在著手做課程設(shè)計(jì)之前，我們所學(xué)的知識(shí)大部分都是為了準(zhǔn)備考試，即學(xué)的都是死的知識(shí)，譬如理解161的功能，以及各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，但具體到實(shí)際應(yīng)用中如何實(shí)現(xiàn)，如何把一個(gè)電路圖變成實(shí)際的電路卻不知道如何操作。知識(shí)和實(shí)踐之間還是有很大的距離的，而且遠(yuǎn)不像想象中的那么簡(jiǎn)單，完全是兩種不同的感覺(jué)。3.在團(tuán)隊(duì)合作方面： 眾所周知，課程設(shè)計(jì)是分小組完成的。每個(gè)人負(fù)責(zé)不同的方面，大家交流協(xié)作共同為了一個(gè)目標(biāo)而努力。然而這其中就設(shè)計(jì)到信息的及時(shí)交流問(wèn)題，因?yàn)楦鱾€(gè)部分雖然說(shuō)是獨(dú)立的，但卻有相互之間緊密的聯(lián)系著，一個(gè)人的結(jié)論可能就是下一個(gè)人進(jìn)行下去的開(kāi)始，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我們學(xué)會(huì)了如何更好的表達(dá)自己的想法，如何與別人交流經(jīng)驗(yàn)，團(tuán)結(jié)協(xié)作，這些都是單純的自己考試看書(shū)自習(xí)所不能獲得的，我想著也是課程設(shè)計(jì)一