新一代哈希函数FPGA设计实现的开题报告

新一代哈希函数FPGA设计实现的开题报告开题报告：新一代哈希函数FPGA设计实现一、研究背景哈希函数在信息安全中扮演着非常重要的角色，它可以将任意长度的消息转换为指定长度的哈希值，并且具有不可逆性、抗碰撞性等特性，使得哈希函数被广泛应用在数字签名、认证、密码学、数据库、网络安全等领域。因此，研究哈希函数的安全性和高效性一直是学术界和业界关注的焦点。目前已经有很多哈希函数的设计和实现方法，例如MD5、SHA-1、SHA-2、SHA-3、BLAKE等，但是随着技术的不断发展，传统哈希函数的安全性和性能已经开始受到挑战。为了应对这一挑战，学术界和业界开始研发新一代哈希函数，例如Sponge构造、Keccak、Grostl、JH、BLAKE-2等。同时，FPGA已经成为数字电路设计中的一种重要实现平台，它具有并行性、可重构性、功耗低、性能高等优点，非常适合用于加密算法的实现。因此，利用FPGA进行哈希函数的设计和实现成为了近年来研究的热点之一。二、研究目的和意义本研究的目的是设计和实现新一代哈希函数在FPGA上的加速模块，比较不同算法和不同设计方案在FPGA上的性能表现，并分析其优缺点，为未来哈希函数在FPGA上的设计提供参考和借鉴。本研究的意义在于：1.探究新一代哈希函数在FPGA上的设计和实现方法，为哈希函数的安全性和性能提供新思路和新方法；2.通过比较不同算法和不同设计方案在FPGA上的性能表现，对哈希函数的实现进行优化，提高其加速效果和吞吐量；3.为未来哈希函数在FPGA上的应用提供支持，推动FPGA在安全领域的应用和发展。三、研究内容和方案本研究将设计和实现Sponge构造和Keccak算法在FPGA上的加速模块，并比较两种算法在FPGA上的性能表现。具体研究内容和方案如下：1.学习哈希函数的基本知识，掌握Sponge构造和Keccak算法的原理和实现方法；2.学习FPGA的基本知识，包括FPGA的结构、工作原理、开发环境和设计流程；3.根据Sponge构造和Keccak算法的特点，设计适合FPGA实现的哈希算法加速模块；4.利用Verilog硬件描述语言编写Sponge构造和Keccak算法在FPGA上的加速模块，并进行模拟验证，确保模块的正确性；5.综合和实现加速模块，并通过migen和Vivado进行逻辑综合、布局布线和时序分析，优化和改进设计；6.利用XilinxFPGA的开发板进行性能测试和比较分析，根据测试结果分析不同算法和不同设计方案的优缺点；7.撰写研究论文和技术报告，总结本研究的成果和贡献，发表论文或者报告。四、研究计划本研究计划于2021年6月至2022年12月完成，具体研究计划如下：1.第1-2个月：学习哈希函数的基本知识和Sponge构造、Keccak算法的原理和实现方法；2.第3-4个月：学习FPGA的基本知识和Verilog硬件描述语言的使用方法，熟悉FPGA开发环境和设计流程；3.第5-6个月：根据Sponge构造和Keccak算法的特点，设计适合FPGA实现的哈希算法加速模块，并进行模拟验证；4.第7-9个月：综合和实现加速模块，并进行逻辑综合、布局布线和时序分析，优化和改进设计；5.第10-12个月：利用XilinxFPGA开发板进行性能测试和比较分析，分析不同算法和不同设计方案的优缺点；6.第13-14个月：撰写研究论文和技术报告，总结本研究的成果和贡献，发表论文或者报告。五、预期成果本研究预期取得以下成果：1.设计和实现Sponge构造和Keccak算法在FPGA上的加速模块；2.比较不同算法和不同设计方案在FPGA上的性能表现，分析其优缺点；3.发表学术论文1篇，参加学术会议或技术报告1次。六、研究的难点和挑战本研究的难点和挑战主要包括：1.如何设计高效的Sponge构造和Keccak算法的加速模块，提高FPGA上的性能表现；2.如何优化和改进设计，达到较高的加速效果和吞吐量；3.如何利用FPGA的并行性和可重构性，满足哈希函数在信息安全中的实时性和可靠性要求。七、参考文献[1]杨一民，王冬苓.数字电路基础实验教程[M].北京：电子工业出版社，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