高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) （AES） 已經(jīng)成為很多應(yīng)用（諸如嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用等）中日漸流行的密碼規(guī)范。自從 2002 年美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所 （NIST） 將此規(guī)范選為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以來，處理器、微控制器、FPGA 和 SoC 應(yīng)用的開發(fā)人員就開始利用 AES 來保護(hù)輸入、輸出及保存在系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。我們可在更高抽象層上非常高效地描述算法，就像用于傳統(tǒng)軟件開發(fā)中那樣；但由于涉及到的操作，該算法在 FPGA 中實(shí)現(xiàn)起來最為高效。開發(fā)人員甚至可在布線中“免費(fèi)”獲得一些操作。

基于這些原因，AES 是個(gè)絕佳的例子，即開發(fā)人員可利用 C 語(yǔ)言描述算法，然后在硬件中加速實(shí)現(xiàn)，從而受益于賽靈思 SDSoC？ 開發(fā)環(huán)境。本文中我們就是要這樣做，首先熟悉一下 AES 算法，然后在賽靈思 Zynq？-7000 All Programmable SoC 的處理系統(tǒng) （PS） 上實(shí)現(xiàn) AES256（256 位秘鑰長(zhǎng)度）以建立軟件性能基準(zhǔn)，然后再在片上可編程邏輯 （PL） 中進(jìn)行加速。為了完全了解可獲得的優(yōu)勢(shì)，我們將在 SDSoC 環(huán)境所支持的全部三個(gè)操作系統(tǒng)中執(zhí)行這幾個(gè)步驟，三個(gè)操作系統(tǒng)為：Linux、FreeRTOS 和裸機(jī)。

算法

AES 屬于對(duì)稱塊密碼，可采用 128、192 和 256 位不同的秘鑰長(zhǎng)度。秘鑰長(zhǎng)度決定加密或解密數(shù)據(jù)所需的處理步驟數(shù)。顧名思義，塊密碼算法采用的是數(shù)據(jù)塊。AES 算法一次處理 16 字節(jié)的固定模塊。因此，如果我們密碼內(nèi)容少于 16 字節(jié)，就必須將未使用的字節(jié)進(jìn)行填充。

由于 AES 是對(duì)稱密碼，信息加密和解密都采用相同的做法和秘鑰。相反，非對(duì)稱算法（例如 RSA）則使用不同秘鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)加密和解密。

AES 算法中四個(gè)階段中每個(gè)階段都代表一個(gè)狀態(tài)。四個(gè) AES 階段的組合稱為一個(gè)循環(huán)。所需循環(huán)的數(shù)量取決于秘鑰長(zhǎng)度。

很簡(jiǎn)單，AES 狀態(tài)起始于我們要加密的 16 個(gè)字節(jié)。每個(gè)新步驟都會(huì)對(duì)狀態(tài)進(jìn)行更新。處理狀態(tài)之前，我們需要將輸入字節(jié)串變?yōu)槌跏紶顟B(tài)，即 4 x 4 矩陣（圖 1）。