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摘要
本文介紹了GPON中嵌入AES算法的過程以及AES加解密算法。對(duì)AES計(jì)數(shù)器模式在GPON中的FPGA實(shí)現(xiàn)給出了優(yōu)化的解決方案，詳細(xì)介紹了一種輪間流水和輪內(nèi)流水復(fù)用，控制簡(jiǎn)單的AES的實(shí)現(xiàn)方法，并給出了關(guān)鍵時(shí)序圖和綜合結(jié)果。
Abstract
This paper describes the procedure of AES encryption in GPON system and the detail method of AES encryption. We come up with a FPGA implementation of AES CTR mode in GPON system. Particularly introduce a more efficiency and more controllable AES implementation for high speed network. Finally provide key timing figure and synthesis results.
關(guān)鍵詞 Key Words
GPON Gigabit-capable Passive Optical Networks
AES Advanced Encryption Standard
OLT Optical Line Terminal
ONU Optical Network Unit
1． 概述
隨著骨干網(wǎng)的高速發(fā)展,接入網(wǎng)逐漸成為了信息高速公路的瓶頸。GPON是基于ITU-T G.984.x[1]標(biāo)準(zhǔn)的最新一代寬帶無源光網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)。它能提供前所未有的高比特速率(最高可達(dá)2.488Gbps)、更高的QOS、以原有數(shù)據(jù)格式傳送、具有極高的效率等優(yōu)勢(shì)，越來越被業(yè)界認(rèn)可,將成為FTTH的最主要的接入形式。
2． GPON-AES算法
GPON系統(tǒng)是一個(gè)點(diǎn)到多點(diǎn)的系統(tǒng)，對(duì)于系統(tǒng)中的上行數(shù)據(jù)，ONU到OLT為單播方式傳輸，具有良好的方向性，較難攻擊。下行數(shù)據(jù)為廣播式傳輸，用戶在物理上可以接收到OLT發(fā)給所有用戶的信息，所以惡意用戶可以根據(jù)接受到的信息，冒充其他ONU用戶，從而竊聽、盜取他人信息。在GPON啟動(dòng)后，OLT和ONU應(yīng)通過OMCI通道來協(xié)商加密算法。目前GPON僅規(guī)定支持AES[2]加密算法。
2.1 AES算法
AES算法是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)于2001年11月正式發(fā)布的，它是一種分組加密算法，處理的最小單元是一個(gè)分組，即把明文或密文分成固定長(zhǎng)度的分組，進(jìn)而進(jìn)行加密或解密處理。GPON中使用的就是AES-128，分組大小為128比特，支持的密鑰長(zhǎng)度也是128比特。
AES算法定義了加密過程和解密過程，對(duì)應(yīng)的流程如圖1所示。加密過程和解密過程都是一個(gè)周期迭代的過程，對(duì)于AES-128迭代次數(shù)為10。由于采用了迭代過程，而且每次迭代所需要的密鑰也不同，AES算法定義了密鑰擴(kuò)展過程。密鑰擴(kuò)展過程也是一個(gè)迭代過程，通過10個(gè)周期產(chǎn)生10個(gè)不同的密鑰供加密和解密使用。
圖1 AES的加密框圖
由于介紹AES原理的文章很多，本文就不展開介紹AES的各個(gè)部分，并且重點(diǎn)介紹加密過程。
2.2 GPON中AES加密過程
GPON采用的是適合高速網(wǎng)絡(luò)的計(jì)數(shù)器模式，通過這種方式可以很容易的產(chǎn)生隨機(jī)密碼流，更加難以被破譯，本文將主要討論計(jì)數(shù)器工作模式下AES-128算法的實(shí)現(xiàn)。
