基于加密USB2.0接口芯片的设计及验证

2.2.2 AES 模块的性能分析

当输入信息={32 43 f6 a8 88 5a 30 8d 31 31 98 a2 e0 37 07 34}，轮数Nr=10，加 密密钥={2b 7e 15 16 28 ae d2 a6 ab f7 15 88 09 cf 4f 3c}，加密结果={39 25 84 1d 02 dc 09 fb dc 11 85 97 19 6a 0b 32}，经检验该结果是正确的，完全符合AES 加密算法。
下表为AES 加密算法综合后的数据：

　
2.2.3 整个系统的性能分析

下表为系统综合后的性能参数：


由以上综合结果分析可以得出，该系统在FPGA 上进行验证是完全可行的，而且它的频 率可以达到336.02MHz，完全可以实现USB480Mbits/s 的传输速度。

2.3 系统实施的必要性和可行性分析

该系统的主要目的是设计一个可以对数据进行自动加密的USB2.0 接口芯片,常规的USB 接口芯片是不带加密功能的。而现今USB 的应用领域中有很大一部分需要对所传输的数据进 行加密。对安全性要求特别高,所以制作一个既符合USB2.0 规范,又可对数据进行自动加密 处理的专用集成电路在应用上将会有很大的应用空间.制作这样的集成电路很有必要.

FPGA 是一种可重构硬件，它既具有硬件的安全性和高速性又有软件的灵活性和易维护性，已经成为分组密码算法硬件实现的热点研究方向；另外FPGA 研发的启动开销比ASIC 要小，FPGA 从设计到投入市场的周期很短，FPGA 芯片重配置和扩充十分方便，它能够商定 所需的密码算法，更换的密码算法可以适时配置到目标设备中。当前，FPGA 芯片的容量不 断的增大，片内还有内嵌存储器，这就使查找表和变换操作可以很容易的实现，因此在百万 门的FPGA 中实现本文所提系统是可行的。

3 系统优势分析

提高USB 数据通讯可靠性的措施基本上可以分为两种：一种经过计算机软件处理，对数 据进行加密；另一种方法是在硬件的层面上对数据直接加密。其中软件处理实现起来较简单， 但软件加密处理速度比硬件加密慢许多，如果需要对大量数据进行实时加密，软件处理将会 消耗太多的时间，不适合数据的实时加密和通讯。相反，用硬件的方法来解决，在速度方面 将获得较理想的实时加密通讯的效果。

另外，由于加密算法中都大量使用了复杂的按位运算，而通常这类运算不适合在通用处 理器上运行，因此用软件来实现必然会带来效率低下的问题，而加密芯片体系结构是针对加 密算法的结构特征专门设计的，采用了一些特殊的优化技术（如流水线和查找表等），可以 极大地提高数据的流量并减少密钥的生成时间；另外软件只能提供有限的物理安全，尤其在 密钥的存储方面。而用硬件实现加密算法及与之相关的密钥生成过程，并且封装到芯片中， 因为它们不易被外部攻击者读取或更改，会有较高的物理安全性。因此基于硬件的密码算法 就受到业界的普遍关注,可以完全胜任整个系统的安全保密工作。

由以上分析可知，该系统采用硬件处理加密和USB 通讯，可以在满足USB2.0 规范的数 据传输的基础上，极大地提高系统的安全性。

4 结论

综上所述, 通过研究对USB 通讯安全性的需求,开发一个具有数据实时自动加密的USB 设备控制器可以开创USB 安全通信的新领域,而且,现在市面上大多数器件的外围接口的都 支持USB，如果可以开发一块保密性高而又不影响原有USB 通讯高速率、简单易用的芯片将 会受到广大用户的青睐.

编辑：博子