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2 数据加密算法的原理及应用
2.1 MD5算法的原理及应用
信息—摘要算法MD5(Message-Digest Algorithm 5)，在90年代初由Rivest设计发明，经MD2、MD3和MD4发展而来。其作用可使大容量信息在用数字签名软件签署私人密匙前，被“压缩”成一种保密的格式(对任意长度的信息，生成一个长度为128 bit的值)。
本设计将MD5算法移植到NIOS中，用于加密管理员口令。这样系统在并不知道管理员口令的明码情况下就可以确定口令的合法性，从而有效地防止了反编译等技术手段对管理员口令进行破解。系统工作时，NIOS预先将管理员口令加密后，将MD5值存储在Flash中，当加密卡接收到更改密钥、更改口令或发GPS接收机控制指令等操作命令时，先将输入的口令计算成MD5值，然后与存储在Flash中的MD5值进行比较，如果两值相同则说明口令正确，再进行相应的操作。
2.2 DES算法的原理及应用
DES(Data Encryption Standard)是一种分组乘积加密算法，是用64 bit的密钥对64 bit的明文加密，64 bit密钥中每8 bit有一奇偶校验位不参与运算，有效密钥只有56 bit。同时，它又是对称加密算法，其加密和解密运算过程完全相同，只是在迭代运算时子密钥的使用顺序不同[1]。如图2所示，64 bit的明文块在经过初始IP置换后，被重新排列，然后进入16轮的迭代运算；每一轮迭代运算由一个f函数完成；最后一轮迭代的输出为64 bit，将其左半部分和右半部分互换产生预输出；预输出再与逆初始置换IP-1作用产生64 bit的密文，IP-1是IP的反变换[2]。
采用软件方式实现的DES算法会在很大程度上占用系统资源，造成系统性能的严重下降，而DES算法本身并没有大量的复杂数学计算(如乘、带进位的加、模等运算)，在加密、解密过程和密钥生成过程中仅有逻辑运算和查表运算。因而，无论是从系统性能还是加、解密速度的角度来看，采用硬件实现都是一个理想的方案[3]。
图3为DES IP的硬件逻辑图，主要由状态控制器、子密钥生成器、DES算法运算器三部分组成。其中，状态控制器用于控制IP的工作状态、模式和标识完成状态；子密钥生成器将56 bit密钥分成两部分，每部分按循环移位次数表移位并按置换选择表置换，从而生成每一轮次运算的子密钥K(K1，K2，…，K48)；DES算法运算器为整个IP的关键，它将64 bit中间数据分为左右两部分，分别记为Li和Ri。单个运算的过程可以写为下面的公式:
