SHA-1,SHA-256,SHA-512 Secure Hash Generator VHDL RTL.

概要

SHA-1,SHA-256,SHA-512を計算する論理合成可能なVHDLモジュールです.

論理合成可能です。

１クロックで１、２ワード(１ワードはSHA-1およびSHA-256で32bit、SHA-512では64bit)処理できます.

開発環境

以下の開発環境で合成出来ることを確認しています.

• Xilinx ISE14.2
• Xilinx Vivado 2017.2
• Altera QuartusII 11.1sp2 Web Edition(32bit)

論理合成

fpga/xilinx/ise14.2 の下に Xilinx 社FPGA(Spartan6,Virtex6)用の各プロジェクトがあります.
fpga/xilinx/vivado2017.2 の下に Xilinx 社FPGA(Spartan7,Artix7)用の各プロジェクトがあります.
fpga/altera/11.2sp2 の下に Altera 社FPGA用の各プロジェクトを生成するスクリプトがあります.

論理合成の結果

SHA-1 WORD=32bit BLOCK=512bit
Device	Speed	WORDS	BLOCK_GAP	Cycle/Block	Slice[Regs,LUTs]	Fmax	Throughput
Spartan6	-3	1	0	80	1151,1590	145[MHz]	928[Mbit/sec]
			1	81	1157,1730	141[MHz]	890[Mbit/sec]
		2	0	40	1525,1873	87[MHz]	1113[Mbit/sec]
			1	41	1527,1914	91[MHz]	1135[Mbit/sec]
Spartan7	-3	1	0	80	1134,2527	170[MHz]	1085[Mbit/sec]
			1	81	1131,2567	208[MHz]	1317[Mbit/sec]
		2	0	40	1469,2421	122[MHz]	1561[Mbit/sec]
			1	41	1470,2434	150[MHz]	1875[Mbit/sec]
Virtex6	-3	1	0	80	1138,1609	204[MHz]	1306[Mbit/sec]
			1	81	1139,1680	227[MHz]	1436[Mbit/sec]
		2	0	40	1515,1851	133[MHz]	1707[Mbit/sec]
			1	41	1517,1897	136[MHz]	1711[Mbit/sec]
Artix7	-2	1	0	80	1134,2527	169[MHz]	1085[Mbit/sec]
			1	81	1131,2566	200[MHz]	1264[Mbit/sec]
		2	0	40	1469,2421	122[MHz]	1561[Mbit/sec]
			1	41	1470,2435	147[MHz]	1836[Mbit/sec]
CycloneIV	Auto	1	0	80	1018,1938	111[MHz]	711[Mbit/sec]
			1	81	1019,1944	123[MHz]	771[Mbit/sec]
		2	0	40	1190,2469	77[MHz]	961[Mbit/sec]
			1	41	1191,2476	92[MHz]	1135[Mbit/sec]
Arria II	Auto	1	0	80	1022,1224	123[MHz]	790[Mbit/sec]
			1	81	1023,1231	152[MHz]	960[Mbit/sec]
		2	0	40	1191,1605	104[MHz]	1338[Mbit/sec]
			1	41	1191,1608	104[MHz]	1307[Mbit/sec]
SHA-256 WORD=32bit BLOCK=512bit
Device	Speed	WORDS	BLOCK_GAP	Cycle/Block	Slice[Regs,LUTs]	Fmax	Throughput
Spartan6	-3	1	0	64	1460,2587	102[MHz]	816[Mbit/sec]
			1	65	1442,2597	128[MHz]	1010[Mbit/sec]
			4	68	1555,2971	178[MHz]	1344[Mbit/sec]
		2	0	32	1862,3096	59[MHz]	941[Mbit/sec]
			1	33	1835,3094	69[MHz]	1070[Mbit/sec]
Spartan7	-2	1	0	64	1361,3408	143[MHz]	1143[Mbit/sec]
			1	65	1371,3407	169[MHz]	1335[Mbit/sec]
			4	68	1498,3739	217[MHz]	1637[Mbit/sec]
		2	0	32	1699,3542	85[MHz]	1368[Mbit/sec]
			1	33	1701,3585	100[MHz]	1552[Mbit/sec]
Artix7	-2	1	0	64	1361,3408	143[MHz]	1143[Mbit/sec]
			1	65	1371,3405	167[MHz]	1313[Mbit/sec]
			4	68	1498,3736	208[MHz]	1569[Mbit/sec]
		2	0	32	1699,3542	85[MHz]	1356[Mbit/sec]
			1	33	1701,3590	100[MHz]	1552[Mbit/sec]
Virtex6	-3	1	0	64	1452,2546	163[MHz]	1311[Mbit/sec]
			1	65	1425,2583	200[MHz]	1575[Mbit/sec]
			4	68	1530,2766	250[MHz]	1882[Mbit/sec]
		2	0	32	1858,3094	95[MHz]	1524[Mbit/sec]
			1	33	1831,3078	114[MHz]	1763[Mbit/sec]
CycloneIV	Auto	1	0	64	1334,3177	104[MHz]	832[Mbit/sec]
			1	65	1336,3196	119[MHz]	937[Mbit/sec]
			4	68	1441,3360	127[MHz]	953[Mbit/sec]
		2	0	32	1504,3877	65[MHz]	1046[Mbit/sec]
			1	33	1506,3897	69[MHz]	1070[Mbit/sec]
Arria II	Auto	1	0	64	1338,1979	118[MHz]	945[Mbit/sec]
			1	65	1340,2001	121[MHz]	953[Mbit/sec]
			4	68	1445,2050	158[MHz]	1197[Mbit/sec]
		2	0	32	1507,2569	88[MHz]	1416[Mbit/sec]
			1	33	1509,2574	92[MHz]	1473[Mbit/sec]
SHA-512 WORD=64bit BLOCK=1024bit
Device	Speed	WORDS	BLOCK_GAP	Cycle/Block	Slice[Regs,LUTs]	Fmax	Throughput
Spartan6	-3	1	0	80	2880,8091	83[MHz]	1067[Mbit/sec]
			1	81	2842,8133	109[MHz]	1374[Mbit/sec]
			4	84	3024,8755	125[MHz]	1524[Mbit/sec]
		2	0	40	3705,10270	45[MHz]	1163[Mbit/sec]
			1	41	3648,10361	59[MHz]	1469[Mbit/sec]
Spartan7	-2	1	0	80	2662,10812	69[MHz]	889[Mbit/sec]
			1	81	2663,10800	68[MHz]	854[Mbit/sec]
			4	84	2871,10849	67[MHz]	813[Mbit/sec]
		2	0	40	3377,13832	68[MHz]	1730[Mbit/sec]
			1	41	3372,13837	68[MHz]	1688[Mbit/sec]
Artix7	-2	1	0	80	2662,10819	70[MHz]	895[Mbit/sec]
			1	81	2663,10801	67[MHz]	843[Mbit/sec]
			4	84	2871,10853	69[MHz]	841[Mbit/sec]
		2	0	40	3377,13824	67[MHz]	1707[Mbit/sec]
			1	41	3372,13822	69[MHz]	1734[Mbit/sec]
Virtex6	-3	1	0	80	2876,8012	147[MHz]	1882[Mbit/sec]
			1	81	2818,8207	164[MHz]	2072[Mbit/sec]
			4	84	3023,8538	200[MHz]	2438[Mbit/sec]
		2	0	40	3701,10387	87[MHz]	2226[Mbit/sec]
			1	41	3641,10429	95[MHz]	2379[Mbit/sec]
CycloneIV	Auto	1	0	80	2627,6950	81[MHz]	1049[Mbit/sec]
			1	81	2628,6963	102[MHz]	1290[Mbit/sec]
			4	84	2829,7326	114[MHz]	1385[Mbit/sec]
		2	0	40	2961,8778	53[MHz]	1354[Mbit/sec]
			1	41	2962,8795	51[MHz]	1287[Mbit/sec]
Arria II	Auto	1	0	80	2631,4504	103[MHz]	1320[Mbit/sec]
			1	81	2632,4597	114[MHz]	1444[Mbit/sec]
			4	84	2833,4629	137[MHz]	1680[Mbit/sec]
		2	0	40	2964,5729	73[MHz]	1879[Mbit/sec]
			1	41	2965,5762	78[MHz]	1948[Mbit/sec]

シミュレーション

他に必要なファイル

シミュレーションをするためには次のファイルが必要です。

• 文字列操作用の各種ユーティリティ util.vhd (https://github.com/ikwzm/Dummy_Plug.git)

GHDLによるシミュレーション

シミュレーションには GHDL (http://ghdl.free.fr/) を使いました.

ディレクトリ sim/ghdl に移動して make コマンドでシミュレーションが走ります.

もしかしたら他のシミュレーションでは走らないかもしれません。その際はご一報ください.

Isimによるシミュレーション

Xilinx社のIsimでシミュレーションすることができます.

ISE Design Suite 14.2 で動作を確認しています.

ディレクトリ sim/isim にXilinx社のプロジェクトファイルがあります.

注意

とりあえず簡単なテストはしていますが、完璧ではありません.

ライセンス

二条項BSDライセンス (2-clause BSD license) で公開しています。