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AES算法在端到端通信加密模块中的实现及应用设计

作　者: 张建
导　师: 罗群
学　校: 北京邮电大学
专　业: 应用数学
关键词: AES 加密算法 算法实现 端到端通信 加密模块
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着科技的发展,信息技术飞速发展,信息的安全传输和存储问题具有越来越重要的地位。端到端通信在人们的日常工作、学习和生活中占据了越来越重要的地位。而在端到端通信中经常会出现一些不安全的因素存在,因而人们对端到端通信中的信息保密的需求也日益增大。这就要求在端到端的通信中,采取加密传输等手段,来保障端到端通信的安全。硬件加密模块是端到端加密通信系统的核心。硬件加密模块通常采用具有独立运算能力和安全存储能力的可编程芯片作为加密的核心部件。加密模块的实现有多种方式,同时,系统与各种加密模块进行通信的方式也不尽相同。密码算法的理论与实现的研究是信息安全研究的基础。所以研究当今流行的密码算法的理论与实现对我国信息安全研究的发展有现实意义。分组加密算法是现代密码体制的两个发展方向之一,它的特点是速度快、便于软硬件实现,所以在通信领域和信息安全领域有着广泛的应用。作为新一代的分组加密算法标准高级加密标准AES,其理论和实现的研究是信息安全研究的热点。研究AES算法的实现和应用具有很大的现实意义。利用AES算法解决端到端通信中的安全问题具有重要的实用价值。本文对高级加密标准AES算法的实现和应用进行了研究。研究了如何利用AVR单片机来实现AES算法,根据单片机的特点采取查表等实现方式对AES算法进行高效实现,在此基础之上研究了AES算法在端到端通信中的应用,给出了端到端通信中的加密模块设计。本文通过对高级加密算法AES实现优化的研究,提高了AES算法实现的效率；利用单片机来实现AES算法,便于开发,并且可以充分发挥单片机的控制功能,便于实现且节约成本。对端到端加密通讯中的加密模块设计,给出了AES算法单片机实现的一种应用模式,充分利用了本文中对AES算法的实现优化及利用单片机对AES实现的优点。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题背景  9-12
    1.1.1 端到端加密通信  9
    1.1.2 硬件加密模块  9-10
    1.1.3 端到端通信中的加密算法  10-11
    1.1.4 AES算法的研究现状  11-12
  1.2 本论文的主要工作  12-13
  1.3 论文结构  13-14
第2章 AES算法介绍  14-28
  2.1 AES算法的理论基础  14-25
    2.1.1 AES算法的数学基础  14-15
    2.1.2 AES算法结构  15-18
    2.1.3 密钥扩展  18-19
    2.1.4 轮变换  19-23
    2.1.5 加解密的区别  23-25
  2.2 AES算法的安全性  25-27
    2.2.1 AES加密算法的设计准则  25-26
    2.2.2 AES加密算法的安全性  26-27
  2.3 小结  27-28
第3章 AES算法的实现优化  28-37
  3.1 AES加密算法实现的考虑  28
  3.2 AES加密算法实现的优化  28-36
    3.2.1 逆列混淆变换的优化  29-31
    3.2.2 加解密轮函数的优化  31-36
  3.3 小结  36-37
第4章 AES算法的AVR单片机实现  37-51
  4.1 AVR单片机介绍  37-39
  4.2 AVR实现AES算法  39-49
    4.2.1 AVR单片机实现AES算法的优缺点分析  39
    4.2.2 算法实现的流程  39-45
    4.2.3 密钥扩展函数的实现  45-47
    4.2.4 具体轮变换函数的实现  47-49
  4.3 仿真结果及性能分析  49-50
  4.4 小结  50-51
第5章 基于AES算法的端到端通信加密模块设计  51-60
  5.1 端到端通信中加密模块设计  51-55
    5.1.1 加密模块在端到端通信中的位置  51-52
    5.1.2 加密模块设计  52-54
    5.1.3 利用加密模块实现加密通信的流程设计  54-55
  5.2 加密通信中的身份认证和密钥协商的设计  55-57
    5.2.1 通信双方的认证过程  56-57
    5.2.2 AES算法加密初始密钥协商过程  57
  5.3 数据加密的实现  57-59
    5.3.1 数据加密采用的算法  58
    5.3.2 加密密钥的获取  58
    5.3.3 AES加密算法的实现说明  58-59
  5.4 小结  59-60
第6章 总结  60-61
  6.1 论文工作总结  60
  6.2 问题和展望  60-61
附录1  61-72
参考文献  72-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-76
致谢  76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 加密与解密
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