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第1章 绪论1

1.1 通信安全1

1.2 保密通信系统2

1.2.1 香农保密通信系统2

1.2.2 加密系统基本原理3

1.2.3 加密体制4

1.3 现场可编程门阵列5

1.4 VHDL编程6

1.5 Quartus Ⅱ仿真软件8

1.6 DSPBuilder的设计10

第2章 分组密码DES14

2.1 DES算法描述14

2.2 DES中的初始置换与初始逆置换16

2.3 密码函数16

2.4 轮密钥的生成过程19

第3章 基于FPGA的分组密码AES实现22

3.1 AES加密算法22

3.1.1 AES算法的数学知识22

3.1.2 AES算法描述24

3.1.3 AES算法一轮迭代29

3.2 AES算法的FPGA实现30

3.2.1 开发环境30

3.2.2 整体结构设计30

3.2.3 系统分支模块设计31

3.2.4 AES加密系统的片上测试39

第4章 基于FPGA的RSA公钥密码实现47

4.1 RSA算法数论知识47

4.1.1 模运算的定义47

4.1.2 欧几里得算法48

4.1.3 扩展欧几里得算法49

4.1.4 模幂算法50

4.1.5 模乘算法51

4.1.6 公开密钥算法的密钥交换原理51

4.2 RSA加解密算法52

4.2.1 RSA加解密算法原理52

4.2.2 基于Matlab编程实现RSA加密算法54

4.2.3 RSA算法举例及其仿真56

4.3 基于FPGA硬件实现RSA算法设计59

4.3.1 实现RSA公钥算法的顶层设计59

4.3.2 实现公钥e的互素判断模块设计61

4.3.3 实现私钥d的模块设计62

4.3.4 求模幂算法模块设计65

第5章 基于FPGA的椭圆曲线加密算法实现71

5.1 椭圆曲线加密算法理论71

5.1.1 椭圆曲线相关理论71

5.1.2 椭圆曲线群的运算法则72

5.2 椭圆曲线加解密原理73

5.2.1 椭圆曲线离散对数问题73

5.2.2 系统建立和密钥生成73

5.2.3 椭圆曲线密码体制加解密过程74

5.2.4 椭圆曲线相关参数74

5.3 密钥交换协议75

5.3.1 Diffie-Hellman密钥交换协议75

5.3.2 ECDH密钥交换协议76

5.4 椭圆曲线加密有限域运算模块设计77

5.4.1 有限域加法模块77

5.4.2 有限域乘法模块79

5.4.3 有限域平方模块81

5.4.4 有限域求逆模块82

5.4.5 有限域运算模块的验证84

5.5 点加和点倍单元设计86

5.6 点乘单元设计90

第6章 基于FPGA的序列密码实现95

6.1 序列密码体制95

6.1.1 序列密码加密原理95

6.1.2 序列密码分类96

6.2 序列密码的性质97

6.2.1 序列的周期性97

6.2.2 序列的随机特性98

6.2.3 序列的线性复杂度100

6.2.4 对密钥序列的要求100

6.3 反馈移位寄存器101

6.3.1 线性移位寄存器结构101

6.3.2 线性反馈移位寄存器的特征多项式102

6.3.3 序列密码的破译106

6.3.4 非线性序列密码109

6.4 A5/1码110

6.4.1 A5/1算法原理110

6.4.2 A5/1算法的硬件实现111

6.4.3 A5/1模块设计111

6.5 其他几种序列密码117

6.5.1 E0码117

6.5.2 W7码120

6.5.3 Helix码120

6.5.4 几种序列密码实现结果比较122

6.6 序列密码安全分析方法123

6.6.1 Kerckhoff假设与密码系统的安全性123

6.6.2 攻击密码的方法124

第7章 混沌序列密码127

7.1 混沌基本理论127

7.1.1 混沌的定义128

7.1.2 混沌运动的特征128

7.1.3 混沌的分析识别方法129

7.1.4 相关混沌特性分析与计算131

7.2 典型的混沌系统141

7.2.1 离散混沌系统141

7.2.2 连续混沌系统144

7.3 数字混沌模块设计150

7.3.1 数字混沌模块设计原理150

7.3.2 Logistic数字混沌电路设计151

7.3.3 DSPBuilder中Altbus模块153

7.4 数字混沌特性中的分岔现象155

7.5 数字混沌密钥序列发生器的周期扩展方法159

7.5.1 周期扩展理论方法分析159

7.5.2 Logistic数字混沌周期扩展电路实现160

7.5.3 Logistic数字混沌序列测试163

7.6 数字混沌序列周期测试的新方法165

第8章 纠错卷积编码的DSP实现168

8.1 卷积编码概述168

8.2 卷积码结构特性及维特比译码169

8.2.1 卷积码的状态图和网格描述169

8.2.2 卷积码的传递函数170

8.2.3 维特比算法172

8.3 卷积码的Matlab仿真实现174

8.3.1 （2，1，7）卷积码编码器174

8.3.2 （2，1，7）编码器的Matlab仿真175

8.3.3 维特比译码原理分析与Matlab仿真176

8.3.4 基于Matlab的（2，1，7）卷积码性能分析176

8.3.5 DSP实现的（2，1，7）卷积码性能仿真179

8.4 卷积码的硬件平台实现180

8.4.1 卷积码编码的DSP实现180

8.4.2 维特比译码的DSP实现181

8.4.3 卷积码的纠错能力验证182

第9章 调制与解调184

9.1 调制与解调的基本原理184

9.1.1 BPSK调制的基本原理184

9.1.2 BPSK解调的基本原理185

9.1.3 载波同步的概念185

9.1.4 几种常见的载波同步算法186

9.2 载波同步系统的设计190

9.2.1 系统的总体设计190

9.2.2 载波同步环路主要模块的设计191

9.3 调制解调的Matlab仿真实现198

9.3.1 发送部分的Matlab仿真198

9.3.2 接收部分的Matlab仿真199

9.4 调制解调的FPGA实现207

9.4.1 数字发射机的FPGA实现207

9.4.2 数字接收机的FPGA实现210

第10章 数据传输加密系统215

10.1 数据传输加密系统总体构思215

10.2 数据传输加密卡硬件电路设计217

10.2.1 电平转换电路设计218

10.2.2 配置电路设计219

10.2.3 时钟电路设计219

10.2.4 扩展I/O口电路设计220

10.2.5 电源电路220

10.3 数据传输加密系统模块设计224

10.3.1 异步串行接收模块226

10.3.2 异步串行发送模块233

10.3.3 波特率发生器模块235

10.3.4 加密模块237

10.3.5 多路选择模块237

10.3.6 密码发生模块238

10.3.7 主控制器模块246

10.4 数据传输加密系统测试251

第11章 无线数据传输加密系统254

11.1 无线数据传输加密系统的总体构架254

11.2 无线数据传输加密系统的硬件电路设计255

11.2.1 下载电路设计256

11.2.2 键盘输入电路设计256

11.2.3 串口通信模块设计258

11.2.4 显示电路设计258

11.3 无线数据传输加密系统的模块设计259

11.3.1 程序设计原理260

11.3.2 波特率发生器模块261

11.3.3 发送端PS2键盘输入模块261

11.3.4 12864液晶显示模块262

11.3.5 主控制CPU模块263

11.3.6 混沌密钥发生模块264

11.3.7 缓冲模块267

11.3.8 异步串行发送模块267

11.3.9 异步串行接收模块268

11.4 无线混沌加密通信系统测试270

11.4.1 发送接收数据测试271

11.4.2 正确解密模式271

11.4.3 错误解密模式271

第12章 网络加密卡的硬件设计273

12.1 网卡的功能、结构及性能指标273

12.1.1 网卡的功能流程273

12.1.2 DM9000A的主要性能274

12.1.3 DM9000A的内部结构及工作原理275

12.1.4 网络加密卡的总体性能指标276

12.2 网络数据加密卡FPGA选型277

12.3 网络数据加密卡硬件电路设计278

12.3.1 总体设计278

12.3.2 接口设计279

12.3.3 模块设计282

12.3.4 电路测试285

第13章 网络加密卡PCI设备驱动开发287

13.1 WDM设备驱动开发基础287

13.1.1 网络加密卡硬件框图287

13.1.2 Windows NT内部结构288

13.1.3 开发Windows内核驱动的基础知识289

13.1.4 DriverStudio驱动开发环境搭建293

13.2 DriverEntry、AddDevice和StartDevice例程293

13.2.1 DriverEntry驱动入口293

13.2.2 AddDevice创建设备296

13.2.3 StartDevice启动设备297

13.3 DeviceControl设备I/O控制298

13.3.1 IOCTL DM9000 EVENT传递事件299

13.3.2 IOCTL DM9000 INIT初始化芯片299

13.3.3 IOCTL DM9000 PASSWORD初始化密钥301

13.4 StartIo、SerialRead和SerialWrite301

13.4.1 StartIo串行处理IRP301

13.4.2 SerialRead串行读302

13.4.3 SerialWrite串行写302

13.5 ISR和DPC303

13.5.1 ISR中断服务例程303

13.5.2 DPC延迟过程调用例程304

13.6 内核调试和测试305

13.6.1 驱动程序安装305

13.6.2 内核调试工具使用307

13.6.3 WinDbg串口调试310

13.6.4 驱动程序测试312

第14章 网络加密卡动态链接库开发314

14.1 动态链接库技术314

14.1.1 动态链接库的优点314

14.1.2 VC动态链接库的开发315

14.2 网络加密卡TCP/IP协议栈接口函数315

14.2.1 以太网数据结构315

14.2.2 ARP地址解析协议318

14.2.3 16位CRC校验和319

14.2.4 UDP类型的以太网帧封包320

14.3 网络加密卡调用驱动程序接口函数322

14.3.1 GUID打开设备322

14.3.2 应用程序和驱动程序的通信方式323

14.3.3 用于应用程序和驱动程序通信的函数324

14.4 网络加密卡动态库的导出接口函数325

14.4.1 接口的定义325

14.4.2 接收回调函数的实现327

14.5 网络加密卡动态链接库调试和测试328

14.5.1 动态链接库调试328

14.5.2 动态链接库测试328

第15章 视频加密网络传输系统330

15.1 视频加密网络传输系统设计330

15.2 开发环境330

15.2.1 设备驱动程序开发环境331

15.2.2 应用程序开发环境332

15.2.3 硬件开发环境333

15.3 图像采集卡软件二次开发335

15.3.1 图像采集卡的初始化API336

15.3.2 图像采集卡的本地预览API337

15.3.3 图像采集卡的编码参数配置API338

15.3.4 图像采集卡的数据捕获API340

15.4 H.2 64播放器二次开发341

15.4.1 播放器开发流程342

15.4.2 播放器初始化API342

15.4.3 播放器设置API343

15.4.4 播放器解码API343

15.5 视频加密网络传输系统测试344

15.5.1 视频加密网络传输系统的客户端软件开发344

15.5.2 视频加密传输客户端软件的工作线程345

15.5.3 视频加密网络传输系统的服务器软件开发346

15.5.4 FTP网络存储346

15.5.5 视频加密传输服务器软件的工作线程347

15.5.6 视频加密网络传输系统测试347

参考文献351

名词索引363