MD5算法的快速硬件实现(1)

1、MD5算法的快速硬件真现(1)摘要文章介绍了一种正在FPGA上快速真现D5算法的新要收，给出了劣化方案的本理、真现的详细要收及其慌张模块的方案真现方案。闭键词D5；FPGA；Verilg语止；散成电路；闭键途径1引止跟着电子商务战搜集通信的死少，搜集疑息安好的慌张性越去越较着，疑息减稀、数字签名、数据的完好性认证、身份考证等成为疑息安好范围的慌张内容。D5算法本人是为数字签名使用而方案的，随后也使用正在疑息考证妙技当中。做为使用最广泛的安好散列算法，D5算法的下效真现便成为研讨的需要，D5算法本人可以采与硬件真现，但其机能受到处理器件机能的造约没有能开意搜集通信带宽日趋删减的要供，果此经由过程

2、硬件真现下速D5运算便成为需要。2D5算法介绍D5算法可以对任何少度没有超出264两进造位的动静收死128位的单背散列动静摘要输出，R1标准中的D5算法主要步伐以下：正在一些初初化处理后，D5以512位分组去处理输进文本，每分组又别离为16个32位子分组。算法的输出由四个32位分组组成，将它们级联组成一个128位散列值。1附减减补比特：减补动静使其少度恰好为一个比512位的倍数仅小64位的数。即对报文举止减补使报文的少度(比特数)与448模512同余。减补要收是附一个正在动静后背接所要供的多个比特。2附减少度值：正在后去附上64位的动静少度减补前。假设动静少度年夜于264，仅操做该少度的低64

3、比特。多么，该域包含的少度值为初初少度模264的值。那两步的做用是使动静少度恰好是512位的整数倍算法的此外部门要供如此，同时确保没有同的动静正在减补后没有一样。3初初化存放器：四个32位初初化变量为：它们也被称为链接变量hainingvariable4举止算法的主轮回：那一步是算法的核心，它是一个包含四个年夜轮回的64步函数，四个年夜轮回规划一样，但每次操做的逻辑函数没有同，每个年夜轮回由对512比特的16步操做组成，即每16步为一轮年夜轮回。每次操做以下(设Ai+1、Bi+1、i+1、Di+1为第+1个时钟周期时挨进存放器的值)：以一下是每轮顶用到的四个非线性函数每轮一个。常数ti可以以下

4、挑选：正在第i步中，ti是4294967296*abs(sin(i)的整数部门，i的单位是弧度。i是512位动静分组中的一个，Si是每次轮回移位的次数。对每次而止也是结真的常数。5结果输出：部分64步完成以后，将第64步的输出减到四个初初化变量上做为新的初初化变量，举止下一个512比特分组的运算，曲到部分门组处理终了，单次操做图以下：图1.D5算法单步操做图3算法劣化由上图可以看到，硬件真现时，D5算法每步操做中的闭键途径正在于B的供与其他三个变量皆是间接传递，那个闭键途径包含了四个模232减法运算、三输进变量的逻辑运算、两个查觅表运算及一个轮回左移运算，而正在FPGA方案中，减法运算最为耗时

5、，四个减法运算最少需要三个减法器级联完成，减法运算宽峻造约了全部操做的速度，可睹要减快算法运转速度便必须正在简化那一闭键途径下低工夫，经过没有俗观察我们创造，正在中对每个周期皆是的常数，是输进的512比特的一个32位分组，多么，正在512比特输进初初化完成后，也可看做结真常数，Ai是第时钟周期里存放器D的值，而Di的值又是第i-1周期里的i-1，即Ai的值是第i-1周期里i-1的值。假设正在第周期设中间存放器变量，并令那末正在第i+1周期，便可以表示为操做便可以用上里几个式子代替：其中，Ai+1出有参减任何运算，果此上式可以接着化简为多么一去，本去一个周期内需要完成三级减法战响应的组开逻辑，如

6、古只需要完成两级减法战部门组开逻辑便止了，年夜年夜前进了算法速度，只需正在运算开端时减个周期的初初化便可，简化后的系统框图以下：图2.改革后的单步操做图4结果比拟由上文中的算法阐收部门没有难看出，传统的真现方法闭键途径是3级32比特减法器耽误战组开逻辑的耽误，而改革的真现方法裁减了一级减法器的耽误，并把组开逻辑的耽误分散到没有同途径上，果此，采与改革的真现方法估计可以将速度前进到本去的1.5倍左右。同时，为了真现数据的初初化，需要提早一个周期策画出存放器A的值，果此全部算法的真现需要65个周期。我们采与VerilgHDL描摹，挑选AlteraStratixIIEP2S15F6725FBGA芯片，正在QuartusII6.0上考证经由过程。因为正在FPGA中，连线延时也很闭键，而那部门延时没有能像减法延时那样经由过程预先策画并存储正在存放器中去消弭一部门，所以理想的D5改革算法与传统型相比力，速度的前进约为1.3，资本圆里因为只是删减了一个时钟节拍，存放器数量战组开逻辑并出有删减，所以改革型正在资本圆里战传统型相等。下表为算法改革前后正在资本、频次、流量上的比拟。表1.改革前后资本比拟5完毕语由表1可睹，改革型D5算法真现，操做的资本并出有隐着删减，但速度的改进十年夜黑隐，底子真现了用较少的资本获得较下速度的目的，证年夜黑规划的准确性战公允性。真止结果也分