FPGA实现的CCSDS '一帧一密' AES加密方案：速度与安全的优化

本文档深入探讨了在2015年针对CCSDS(空间数据系统咨询委员会)标准的"一帧一密"加/解密方案的FPGA实现。随着卫星数据传输系统对安全性的日益重视，DES算法因其安全性不足而被关注，CCSDS会议最终选择了AES算法作为核心加密技术，以提升加密强度。 文章主要聚焦在Xilinx Spartan 6开发板作为平台，AES（高级加密标准）作为加密算法，采用CTR（计数器模式）作为工作模式。这种模式使得系统能够在不增加多余数据的情况下处理小于块大小的数据，从而克服了传统分组加密算法对数据长度限制的问题，提高了加密的灵活性。 "一帧一密"策略增强了算法的安全性，意味着每个数据帧都有独立的密钥，这增加了破解的难度，确保了数据传输过程中的隐私保护。设计者采用了流水线结构和逻辑复用技术，这些技术手段显著提升了加密和解密的速度，并在33 MHz时钟频率下实现了高达264 Mb/s的处理速度，充分满足了实时和高效的需求。 文章的作者来自华中科技大学光学与电子信息学院以及第二炮兵指挥学院精确制导技术实验室，他们结合工程实践，将AES算法成功移植到FPGA上，为卫星通信领域的数据安全提供了一种实用且高效的解决方案。这不仅展示了FPGA技术在加密领域的应用潜力，也为其他类似系统的安全设计提供了有价值的参考。 这篇论文不仅介绍了加密技术在卫星通信中的重要性，还详细阐述了如何通过FPGA实现一个针对CCSDS标准、支持"一帧一密"策略的加密/解密系统，对于从事航天工程、信息安全和嵌入式系统设计的专业人士来说，具有很高的实用价值和学术研究意义。