基于分组码的消息验证码的程序实现

桃扇骨 2024-03-31 08:25 72阅读 0赞

目 录  
摘 要 I  
1 绪论 1  
1.1 课题研究背景和意义 1  
1.2 课题研究现状 1  
2 CBC MAC的特征和基本工作原理 2  
2.1 CBC MAC的特征和码集选择的原则 2  
2.2 CBC MAC生成原理 2  
2.3 CBC MAC模块结构图 3  
3 FPGA和VHDL语言 4  
3.1 概述 4  
3.2 VHDL语言特点 5  
3.2.1 常用硬件描述语言简介 5  
3.2.3 VHDL程序的基本结构 6  
3.3 Quartus II 简介 6  
4 程序实现及结果分析 8  
4.1 设计方案论证 8  
4.2 生成模块设计 8  
4.2.1 设计原理 8  
4.2.2 仿真波形 9  
4.3 校验模块设计 9  
4.3.1 设计原理 9  
4.3.2 仿真波形 10  
4.4 顶层设计 10  
4.4.1 顶层设计原理 10  
4.4.2 顶层设计仿真波形 11  
参考文献 12  
附 录 13  
致 谢 16  
1.2 课题研究现状  
循环码是具有循环移位特性且能纠错的分组码。纠错码的译码是该编码能否得到实际应用的关键所在。译码器往往比编码较难实现，对于纠错能力强的纠错码更复杂。根据不同的纠错或检错目的，循环码译码器可分为用于  
纠错目的和用于检错目的的循环码译码器。任何两个相邻的循环码只有一位数字不同，因此循环码具有可靠性高的优点，在通信、军事等领域中应用非常广泛。由于循环码是无权码，书写和编制都比普通二进制码麻烦，正确的编制是电路设计的关键。  
目前常用的实现CBC MAC编码语言有C语言、Verilog和VHDL语言。但由于VHDL有更强的行为描述能力及其对硬件设计的独立性，从而避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计该电子系统使得程序实现较为方便。从以上方面考虑，本设计中采用VHDL程序实现。

2 CBC MAC的特征和基本工作原理  
2.1 CBC MAC的特征和码集选择的原则  
CBC MAC即分组码的消息验证码是数据通信领域中最常用的一种差错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。但是信息字段和校验字段的长度也要满足一定的要求，即有码集选择原则。  
CBC MAC码集选择的原则：若设码字长度为N，信息字段为K位，校验字段为R位(N=K+R)，则对于CBC MAC码集中的任一码字，存在且仅存在一个R次多项式g(x)，使得 V(x)=A(x)g(x)=xRm(x)+r(x);  
　　其中: m(x)为K-1次信息多项式， r(x)为R-1次校验多项式，  
　　g(x)称为生成多项式：  
　　g(x)=g0+g1x1+ g2x2+…+g(R-1)x(R-1)+gRxR  
　　发送方通过指定的g(x)产生CBC MAC码字，接收方则通过该g(x)来验证收到的CBC MAC码字。  
2.2 CBC MAC生成原理  
经过CBC MAC方式编码的串行发送序列码，可称为CBC MAC码，共有两个部分组成：k位有效信息数据和r位CBC MAC校验码。其中r位CBC MAC校验码是通过k位有效信息序列被一个事先选择的r+1位“生成多项式”相“除”后得到的（r位余数即是CBC MAC校验码）。CBC MAC校验码一般在有效信息发送时产生，拼接在有效信息后被发送；在接收端，CBC MAC码用同样的生成多项式相除，除尽表示无误，弃掉r位CBC MAC校验码，接收有效信息；反之，则表示传输出错，纠错或请求重发。  
实际的CBC MAC校验生成是采用二进制模2算法得到的，即加法不进位，减法不借位，是一种异或操作。生成多项式G(x)是经过严格的数学分析和实验后确定的，有相应的国际标准。

LIBRARY IEEE;
    USE IEEE.STD_LOGIC_1164. ALL;
    USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED. ALL;
    USE IEEE.STD_LOGIC_SIGNED. ALL;
    USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH. ALL;
    ENTITY CBC MACm IS
    	PORT ( clk，datald : IN STD_LOGIC;
    		sdata   :IN STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);
    		dataCBC MACo:OUT STD_LOGIC_VECTOR(16 DOWNTO 0);
    		hsend :out std_logic);
    end CBC MACm;
    architecture one of CBC MACm is
    	constant multi_coef:std_logic_vector(5 downto 0):="110101";
    	signal cnt:std_logic_vector(4 downto 0);
    	signal sdatam:std_logic_vector(11 downto 0);
    	signal dtemp，rdataCBC MAC:std_logic_vector(16 downto 0);
    	signal st:std_logic:='0';
    begin
    process(clk)
    	variable CBC MACvar:std_logic_vector(5 downto 0);
    begin
    	if (clk'event and clk='1') then
    	if (st='0' and datald='1') then dtemp<=sdata &"00000"; 
            sdatam<=sdata; cnt<= (others=>'0'); hsend<='0'; st<='1'; 
    elsif(st='1' and cnt<12) then cnt<=cnt+1;  
    	if(dtemp(16)='1') then CBC MACvar:=dtemp(16downto11) xor multi_coef;
    		       dtemp<=CBC MACvar(4 downto 0) & dtemp(10 downto 0) & '0';
    			else dtemp<=dtemp(15 downto 0) & '0'; 
    			end if;
    elsif(st='1' and cnt=12) then dataCBC MACo<=sdatam & dtemp(16 downto 12);
    			hsend<='1'; cnt<=cnt+1;
    		elsif(st='1' and cnt=13) then hsend<='0'; st<='0';
    		end if;
    	end if;
    end process;
    end one;

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