新一代哈希函數(shù)FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的開題報(bào)告

新一代哈希函數(shù)FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的開題報(bào)告開題報(bào)告：新一代哈希函數(shù)FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一、研究背景哈希函數(shù)在信息安全中扮演著非常重要的角色，它可以將任意長度的消息轉(zhuǎn)換為指定長度的哈希值，并且具有不可逆性、抗碰撞性等特性，使得哈希函數(shù)被廣泛應(yīng)用在數(shù)字簽名、認(rèn)證、密碼學(xué)、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域。因此，研究哈希函數(shù)的安全性和高效性一直是學(xué)術(shù)界和業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。目前已經(jīng)有很多哈希函數(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，例如MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-3、BLAKE等，但是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)哈希函數(shù)的安全性和性能已經(jīng)開始受到挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，學(xué)術(shù)界和業(yè)界開始研發(fā)新一代哈希函數(shù)，例如Sponge構(gòu)造、Keccak、Grostl、JH、BLAKE-2等。同時(shí)，F(xiàn)PGA已經(jīng)成為數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的一種重要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，它具有并行性、可重構(gòu)性、功耗低、性能高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用于加密算法的實(shí)現(xiàn)。因此，利用FPGA進(jìn)行哈希函數(shù)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)成為了近年來研究的熱點(diǎn)之一。二、研究目的和意義本研究的目的是設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)新一代哈希函數(shù)在FPGA上的加速模塊，比較不同算法和不同設(shè)計(jì)方案在FPGA上的性能表現(xiàn)，并分析其優(yōu)缺點(diǎn)，為未來哈希函數(shù)在FPGA上的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。本研究的意義在于：1.探究新一代哈希函數(shù)在FPGA上的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，為哈希函數(shù)的安全性和性能提供新思路和新方法；2.通過比較不同算法和不同設(shè)計(jì)方案在FPGA上的性能表現(xiàn)，對哈希函數(shù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，提高其加速效果和吞吐量；3.為未來哈希函數(shù)在FPGA上的應(yīng)用提供支持，推動(dòng)FPGA在安全領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。三、研究內(nèi)容和方案本研究將設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)Sponge構(gòu)造和Keccak算法在FPGA上的加速模塊，并比較兩種算法在FPGA上的性能表現(xiàn)。具體研究內(nèi)容和方案如下：1.學(xué)習(xí)哈希函數(shù)的基本知識(shí)，掌握Sponge構(gòu)造和Keccak算法的原理和實(shí)現(xiàn)方法；2.學(xué)習(xí)FPGA的基本知識(shí)，包括FPGA的結(jié)構(gòu)、工作原理、開發(fā)環(huán)境和設(shè)計(jì)流程；3.根據(jù)Sponge構(gòu)造和Keccak算法的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)適合FPGA實(shí)現(xiàn)的哈希算法加速模塊；4.利用Verilog硬件描述語言編寫Sponge構(gòu)造和Keccak算法在FPGA上的加速模塊，并進(jìn)行模擬驗(yàn)證，確保模塊的正確性；5.綜合和實(shí)現(xiàn)加速模塊，并通過migen和Vivado進(jìn)行邏輯綜合、布局布線和時(shí)序分析，優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)；6.利用XilinxFPGA的開發(fā)板進(jìn)行性能測試和比較分析，根據(jù)測試結(jié)果分析不同算法和不同設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)；7.撰寫研究論文和技術(shù)報(bào)告，總結(jié)本研究的成果和貢獻(xiàn)，發(fā)表論文或者報(bào)告。四、研究計(jì)劃本研究計(jì)劃于2021年6月至2022年12月完成，具體研究計(jì)劃如下：1.第1-2個(gè)月：學(xué)習(xí)哈希函數(shù)的基本知識(shí)和Sponge構(gòu)造、Keccak算法的原理和實(shí)現(xiàn)方法；2.第3-4個(gè)月：學(xué)習(xí)FPGA的基本知識(shí)和Verilog硬件描述語言的使用方法，熟悉FPGA開發(fā)環(huán)境和設(shè)計(jì)流程；3.第5-6個(gè)月：根據(jù)Sponge構(gòu)造和Keccak算法的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)適合FPGA實(shí)現(xiàn)的哈希算法加速模塊，并進(jìn)行模擬驗(yàn)證；4.第7-9個(gè)月：綜合和實(shí)現(xiàn)加速模塊，并進(jìn)行邏輯綜合、布局布線和時(shí)序分析，優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)；5.第10-12個(gè)月：利用XilinxFPGA開發(fā)板進(jìn)行性能測試和比較分析，分析不同算法和不同設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)；6.第13-14個(gè)月：撰寫研究論文和技術(shù)報(bào)告，總結(jié)本研究的成果和貢獻(xiàn)，發(fā)表論文或者報(bào)告。五、預(yù)期成果本研究預(yù)期取得以下成果：1.設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)Sponge構(gòu)造和Keccak算法在FPGA上的加速模塊；2.比較不同算法和不同設(shè)計(jì)方案在FPGA上的性能表現(xiàn)，分析其優(yōu)缺點(diǎn)；3.發(fā)表學(xué)術(shù)論文1篇，參加學(xué)術(shù)會(huì)議或技術(shù)報(bào)告1次。六、研究的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)本研究的難點(diǎn)和挑戰(zhàn)主要包括：1.如何設(shè)計(jì)高效的Sponge構(gòu)造和Keccak算法的加速模塊，提高FPGA上的性能表現(xiàn)；2.如何優(yōu)化和改進(jìn)設(shè)計(jì)，達(dá)到較高的加速效果和吞吐量；3.如何利用FPGA的并行性和可重構(gòu)性，滿足哈希函數(shù)在信息安全中的實(shí)時(shí)性和可靠性要求。七、參考文獻(xiàn)[1]楊一民，王冬苓.數(shù)字電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.[2]MaoY,LiX,ChenS.AnovelXilinxFPGAimplementationofSHA-3hashfunction[J].InternationalJournalofSecurityandItsApplications,2015,9(3):139-148.[3]BertoniG,DaemenJ,PeetersM,etal.Keccakspongefunctionfamilymaindocument[M].2015.[4]FIPS202.SHA-3standard:Permutation-basedhashandexten