三重搅动加密算法的FPGA设计实现.docVIP

  三重搅动加密算法的 FPGA 设计实现 李军峰1，胡国荣1,2** （1. 中国传媒大学，广芯数字集成研究所，北京，100024； 5 10 15 20 2. 中国科学院微电子研究所，北京，100029） 摘要：EPON 作为下一代宽带接入网的重要方案之一，安全问题亟待解决。本文介绍了三重 搅动（Triple Churning）加密算法，针对单播和多播链路提出了不同密钥传输方案，以及算 法的 FPGA 设计实现。通过功能仿真和时序分析，结果表明系统满足 EPON 要求，可以稳 定运行。 关键词：EPON；三重搅动；FPGA 中图分类号：TN929.11 FPGA design and implementation of encryption algorithm of triple churning LI Junfeng1, HU Guorong1,2 (1. Communication University of China,Wide-ship Digital Integration Institute,beijing,100024; 2. Institute of Microelectronics Chinese Academy of Sciences,beijing,100029) Abstract: As one of the next important generation of the broadband access networks,the security issue of the EPON must be resolved.In the paper,we introduce the triple churning algorithm.Different solutions of key transportation are proposed and the FPGA design and implementation of triple churning is also presented.The result of functional simulation and timing analysis shows that the design meets the requirement of EPON and works stably. Key words: EPON;Triple Churning;FPGA 25 0 引言 EPON 具有成本低、稳定、维护简单等优点，可以满足多业务对高带宽的需求，现在已 被工业界认定是下一代接入网改造的主要技术之一。但 EPON 是点到多点的系统，上行方向 采用时分复用方式，下行采用广播的方式发送数据，而 ONU 只是简单的通过 LLID 来滤波， 30 35 40 因此不可避免的带来了严重的网络安全问题，如“窃听”、“假冒”“拒绝服务”等[1]，所 以安全方案将是 EPON 正常通信的基础保障。 目前，常用的 EPON 加密算法主要有 AES 和三重搅动两种。信息产业部发布标准“接入 网技术要求——EPON 系统互通性要求”中已采用三重搅动算法作 EPON 加密标准[2]。三重搅 动算法是在单重搅动算法的基础上扩展而成，增加了单重搅动的时域相关性，从而提过了系 统安全性。 本文首先介绍了三重搅动算法，然后提出了基于 FPGA 的加解密设计方案，最后仿真分析 结果。 1 三重搅动算法 EPON 系统下行采用广播方式，非法用户很容易截获其他用户信息。为了保护 ONU 用户 信息的私密性，OLT 将利用 ONU 提供的密钥对下行数据进行加密。 作者简介：李军峰(1987-)，男，研究生，研究方向：接入网，FPGA 设计 通信联系人：胡国荣（1966-），男，教授，研究方向：数字通信、数字广播、数字家庭系统及芯片设计. jacsoncuc@163.com -1-   1.1  密钥管理  由于上行信道比下行信道安全，新密钥在 ONU 产生并传递给 OLT 是合理的，如果运营商 认为只需下行加密，那么就可以这样只对下行加密。因此，对单播链路交互请求由 OLT 发起， 新密钥有 ONU 产生。而对组播/多播链路，参加组播的多个 ONU 必须使用同一密钥。此时， 45 OLT 发起密钥交互请求并产生新密钥。  1.1.1  密钥产生  单播链路搅动密钥由 ONU 在上行数据中提取 3 字节数据与 3 字节随机数异或相加产生， 组播/多播链路，搅动密钥由 OLT 在下行数据中提取 3 字节与 3 字节随机数异或产生。  1.1.2  密钥更新  50 55 60 65 70  由于三重搅动密钥长度较短，利用大型计算机可以在很短时间内破解，