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基于AES算法的CAN总线加密认证通信IP设计与实现
| 论文题名： | 基于AES算法的CAN总线加密认证通信IP设计与实现 |
| 关键词： | CAN总线;AES算法;IP核;车载网络安全;数据通信 |
| 摘要： | 随着车载信息技术的发展，车辆逐渐成为智慧交通、智能出行和智能驾驶的核心。车载信息技术为使用者带来便利的同时，也对车载网络的信息安全带来了新的挑战。CAN总线是一种重要的车载总线，其安全性是车载网络安全通信的基础。以往的安全CAN总线通信大多基于嵌入式软件系统实现，缺乏硬件电路设计作为底层支持。因此，本文设计并实现了一款用于CAN总线加密认证通信的IP核，从芯片电路底层提升CAN总线通信的安全性能。 本文首先对AES算法和CAN总线进行研究，设计了一种针对CAN总线通信的加密认证机制，通过实现加密运算、密钥分发和消息认证来保障CAN总线上的数据通信安全。然后，本文把加密认证机制、AHB协议和CAN协议相结合，使用硬件描述语言实现了一种具有加密认证功能的CAN通信IP核。加密认证机制中的核心功能通过硬件电路实现，包括加密认证流程控制、密钥管理、计数器值生成、消息认证和AES算法并行加解密运算。整体流程控制通过AHB总线协议实现，包括了寄存器地址设计、AHB通信电路设计和驱动程序设计。CAN总线通信通过IP核对CAN控制器芯片的控制实现，包括了CAN总线通信接口设计和控制器通信电路设计。全部设计内容完成后使用vivado软件的仿真器对IP核分别进行了模块级和系统级的行为仿真，然后在FPGA上对IP核进行综合实现，最后把IP核集成到SoC设计平台中进行系统级的综合实现并上板，测试IP核在模拟的CAN通信环境下的工作情况。 仿真和测试的结果表明IP核能够正确地实现以下功能：密钥的分发与接收、单双通道的加密通信、带有消息认证功能的解密通信、AHB协议通信和CAN协议通信。对IP核进行频率为50MHz的系统仿真时，完成一次单通道加密运算消耗时间为1.86μs。根据实验结果可得出结论，使用本文设计的IP核进行CAN总线通信可以在实现加密认证功能的同时满足实时性要求。 |
| 作者： | 朱嘉桦 |
| 专业： | 软件工程 |
| 导师： | 李小明;沙文瀚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安电子科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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