diff --git a/KeyExpansion.v b/KeyExpansion.v new file mode 100644 index 0000000..a294e93 --- /dev/null +++ b/KeyExpansion.v @@ -0,0 +1,85 @@ +module KeyExpansionRound(roundCount, keyIn, keyOut); + input [3:0] roundCount; + input [127:0] keyIn; + + output [127:0] keyOut; + + genvar i; + + // Split the key into 4 words + wire [31:0] words[3:0]; + + generate + for (i = 0; i < 4; i = i + 1) begin + assign words[i] = keyIn[127 - i * 32 -: 32]; + end + endgenerate + + // Rotate the words (rotWord) + wire [31:0] w3Rot = {words[3][23:0], words[3][31:24]}; + + // Perform the substitution of the words (subWord) + wire [31:0] w3Sub; + + generate + for (i = 0; i < 4; i = i + 1) + SBox sBox(w3Rot[i * 8 +: 8], w3Sub[i * 8 +: 8]); + endgenerate + + // Perform the XOR operation with the round constant (roundConstant) + reg [31:0] roundConstant; + always @(*) + begin + case (roundCount) + 4'h1: roundConstant = 32'h01_000000; + 4'h2: roundConstant = 32'h02_000000; + 4'h3: roundConstant = 32'h04_000000; + 4'h4: roundConstant = 32'h08_000000; + 4'h5: roundConstant = 32'h10_000000; + 4'h6: roundConstant = 32'h20_000000; + 4'h7: roundConstant = 32'h40_000000; + 4'h8: roundConstant = 32'h80_000000; + 4'h9: roundConstant = 32'h1b_000000; + 4'ha: roundConstant = 32'h36_000000; + default: roundConstant = 32'h00_000000; + endcase + end + + assign keyOut[127:96] = words[0] ^ w3Sub ^ roundConstant; // XOR the first word with the round constant + assign keyOut[95:64] = words[1] ^ keyOut[127:96]; // XOR the second word with the first word + assign keyOut[63:32] = words[2] ^ keyOut[95:64]; // XOR the third word with the second word + assign keyOut[31:0] = words[3] ^ keyOut[63:32]; // XOR the fourth word with the third word +endmodule + +module KeyExpansion(keyIn, keysOut); + input [127:0] keyIn; + output [(11 * 128) - 1:0] keysOut; + + assign keysOut[127:0] = keyIn; + + // Perform the key expansion rounds (KeyExpansionRound) + genvar i; + generate + for (i = 0; i < 12; i = i + 1) begin : KeyExpansionLoop + KeyExpansionRound keyExpansionRound(i + 1, keysOut[127 + i * 128 -: 128], keysOut[255 + i * 128 -: 128]); + end + endgenerate +endmodule + +module KeyExpansion_DUT(); + reg [127:0] keyIn; + wire [(11 * 128) - 1:0] keysOut; + + KeyExpansion keyExpansion(keyIn, keysOut); + + initial begin + keyIn = 128'h2b_7e_15_16_28_ae_d2_a6_ab_f7_15_88_09_cf_4f_3c; // 128-bit key from the AES standard document + end + + initial begin + $display("KeyExpansion_DUT"); + $display("=================================="); + $display("keyIn = %h", keyIn); + $monitor("keysOut = %h, %h, %h, %h, %h, %h, %h, %h, %h, %h, %h", keysOut[127:0], keysOut[255:128], keysOut[383:256], keysOut[511:384], keysOut[639:512], keysOut[767:640], keysOut[895:768], keysOut[1023:896], keysOut[1151:1024], keysOut[1279:1152], keysOut[1407:1280]); + end +endmodule \ No newline at end of file diff --git a/SBox.v b/SBox.v new file mode 100644 index 0000000..a70a7b7 --- /dev/null +++ b/SBox.v @@ -0,0 +1,268 @@ +module SBox(in, out) + input [7:0] in; + output [7:0] out; + + reg [7:0] c; + assign out = c; + + always @(a) begin + case (a) + 8'h00: c = 8'h63; + 8'h01: c = 8'h7c; + 8'h02: c = 8'h77; + 8'h03: c = 8'h7b; + 8'h04: c = 8'hf2; + 8'h05: c = 8'h6b; + 8'h06: c = 8'h6f; + 8'h07: c = 8'hc5; + 8'h08: c = 8'h30; + 8'h09: c = 8'h01; + 8'h0a: c = 8'h67; + 8'h0b: c = 8'h2b; + 8'h0c: c = 8'hfe; + 8'h0d: c = 8'hd7; + 8'h0e: c = 8'hab; + 8'h0f: c = 8'h76; + 8'h10: c = 8'hca; + 8'h11: c = 8'h82; + 8'h12: c = 8'hc9; + 8'h13: c = 8'h7d; + 8'h14: c = 8'hfa; + 8'h15: c = 8'h59; + 8'h16: c = 8'h47; + 8'h17: c = 8'hf0; + 8'h18: c = 8'had; + 8'h19: c = 8'hd4; + 8'h1a: c = 8'ha2; + 8'h1b: c = 8'haf; + 8'h1c: c = 8'h9c; + 8'h1d: c = 8'ha4; + 8'h1e: c = 8'h72; + 8'h1f: c = 8'hc0; + 8'h20: c = 8'hb7; + 8'h21: c = 8'hfd; + 8'h22: c = 8'h93; + 8'h23: c = 8'h26; + 8'h24: c = 8'h36; + 8'h25: c = 8'h3f; + 8'h26: c = 8'hf7; + 8'h27: c = 8'hcc; + 8'h28: c = 8'h34; + 8'h29: c = 8'ha5; + 8'h2a: c = 8'he5; + 8'h2b: c = 8'hf1; + 8'h2c: c = 8'h71; + 8'h2d: c = 8'hd8; + 8'h2e: c = 8'h31; + 8'h2f: c = 8'h15; + 8'h30: c = 8'h04; + 8'h31: c = 8'hc7; + 8'h32: c = 8'h23; + 8'h33: c = 8'hc3; + 8'h34: c = 8'h18; + 8'h35: c = 8'h96; + 8'h36: c = 8'h05; + 8'h37: c = 8'h9a; + 8'h38: c = 8'h07; + 8'h39: c = 8'h12; + 8'h3a: c = 8'h80; + 8'h3b: c = 8'he2; + 8'h3c: c = 8'heb; + 8'h3d: c = 8'h27; + 8'h3e: c = 8'hb2; + 8'h3f: c = 8'h75; + 8'h40: c = 8'h09; + 8'h41: c = 8'h83; + 8'h42: c = 8'h2c; + 8'h43: c = 8'h1a; + 8'h44: c = 8'h1b; + 8'h45: c = 8'h6e; + 8'h46: c = 8'h5a; + 8'h47: c = 8'ha0; + 8'h48: c = 8'h52; + 8'h49: c = 8'h3b; + 8'h4a: c = 8'hd6; + 8'h4b: c = 8'hb3; + 8'h4c: c = 8'h29; + 8'h4d: c = 8'he3; + 8'h4e: c = 8'h2f; + 8'h4f: c = 8'h84; + 8'h50: c = 8'h53; + 8'h51: c = 8'hd1; + 8'h52: c = 8'h00; + 8'h53: c = 8'hed; + 8'h54: c = 8'h20; + 8'h55: c = 8'hfc; + 8'h56: c = 8'hb1; + 8'h57: c = 8'h5b; + 8'h58: c = 8'h6a; + 8'h59: c = 8'hcb; + 8'h5a: c = 8'hbe; + 8'h5b: c = 8'h39; + 8'h5c: c = 8'h4a; + 8'h5d: c = 8'h4c; + 8'h5e: c = 8'h58; + 8'h5f: c = 8'hcf; + 8'h60: c = 8'hd0; + 8'h61: c = 8'hef; + 8'h62: c = 8'haa; + 8'h63: c = 8'hfb; + 8'h64: c = 8'h43; + 8'h65: c = 8'h4d; + 8'h66: c = 8'h33; + 8'h67: c = 8'h85; + 8'h68: c = 8'h45; + 8'h69: c = 8'hf9; + 8'h6a: c = 8'h02; + 8'h6b: c = 8'h7f; + 8'h6c: c = 8'h50; + 8'h6d: c = 8'h3c; + 8'h6e: c = 8'h9f; + 8'h6f: c = 8'ha8; + 8'h70: c = 8'h51; + 8'h71: c = 8'ha3; + 8'h72: c = 8'h40; + 8'h73: c = 8'h8f; + 8'h74: c = 8'h92; + 8'h75: c = 8'h9d; + 8'h76: c = 8'h38; + 8'h77: c = 8'hf5; + 8'h78: c = 8'hbc; + 8'h79: c = 8'hb6; + 8'h7a: c = 8'hda; + 8'h7b: c = 8'h21; + 8'h7c: c = 8'h10; + 8'h7d: c = 8'hff; + 8'h7e: c = 8'hf3; + 8'h7f: c = 8'hd2; + 8'h80: c = 8'hcd; + 8'h81: c = 8'h0c; + 8'h82: c = 8'h13; + 8'h83: c = 8'hec; + 8'h84: c = 8'h5f; + 8'h85: c = 8'h97; + 8'h86: c = 8'h44; + 8'h87: c = 8'h17; + 8'h88: c = 8'hc4; + 8'h89: c = 8'ha7; + 8'h8a: c = 8'h7e; + 8'h8b: c = 8'h3d; + 8'h8c: c = 8'h64; + 8'h8d: c = 8'h5d; + 8'h8e: c = 8'h19; + 8'h8f: c = 8'h73; + 8'h90: c = 8'h60; + 8'h91: c = 8'h81; + 8'h92: c = 8'h4f; + 8'h93: c = 8'hdc; + 8'h94: c = 8'h22; + 8'h95: c = 8'h2a; + 8'h96: c = 8'h90; + 8'h97: c = 8'h88; + 8'h98: c = 8'h46; + 8'h99: c = 8'hee; + 8'h9a: c = 8'hb8; + 8'h9b: c = 8'h14; + 8'h9c: c = 8'hde; + 8'h9d: c = 8'h5e; + 8'h9e: c = 8'h0b; + 8'h9f: c = 8'hdb; + 8'ha0: c = 8'he0; + 8'ha1: c = 8'h32; + 8'ha2: c = 8'h3a; + 8'ha3: c = 8'h0a; + 8'ha4: c = 8'h49; + 8'ha5: c = 8'h06; + 8'ha6: c = 8'h24; + 8'ha7: c = 8'h5c; + 8'ha8: c = 8'hc2; + 8'ha9: c = 8'hd3; + 8'haa: c = 8'hac; + 8'hab: c = 8'h62; + 8'hac: c = 8'h91; + 8'had: c = 8'h95; + 8'hae: c = 8'he4; + 8'haf: c = 8'h79; + 8'hb0: c = 8'he7; + 8'hb1: c = 8'hc8; + 8'hb2: c = 8'h37; + 8'hb3: c = 8'h6d; + 8'hb4: c = 8'h8d; + 8'hb5: c = 8'hd5; + 8'hb6: c = 8'h4e; + 8'hb7: c = 8'ha9; + 8'hb8: c = 8'h6c; + 8'hb9: c = 8'h56; + 8'hba: c = 8'hf4; + 8'hbb: c = 8'hea; + 8'hbc: c = 8'h65; + 8'hbd: c = 8'h7a; + 8'hbe: c = 8'hae; + 8'hbf: c = 8'h08; + 8'hc0: c = 8'hba; + 8'hc1: c = 8'h78; + 8'hc2: c = 8'h25; + 8'hc3: c = 8'h2e; + 8'hc4: c = 8'h1c; + 8'hc5: c = 8'ha6; + 8'hc6: c = 8'hb4; + 8'hc7: c = 8'hc6; + 8'hc8: c = 8'he8; + 8'hc9: c = 8'hdd; + 8'hca: c = 8'h74; + 8'hcb: c = 8'h1f; + 8'hcc: c = 8'h4b; + 8'hcd: c = 8'hbd; + 8'hce: c = 8'h8b; + 8'hcf: c = 8'h8a; + 8'hd0: c = 8'h70; + 8'hd1: c = 8'h3e; + 8'hd2: c = 8'hb5; + 8'hd3: c = 8'h66; + 8'hd4: c = 8'h48; + 8'hd5: c = 8'h03; + 8'hd6: c = 8'hf6; + 8'hd7: c = 8'h0e; + 8'hd8: c = 8'h61; + 8'hd9: c = 8'h35; + 8'hda: c = 8'h57; + 8'hdb: c = 8'hb9; + 8'hdc: c = 8'h86; + 8'hdd: c = 8'hc1; + 8'hde: c = 8'h1d; + 8'hdf: c = 8'h9e; + 8'he0: c = 8'he1; + 8'he1: c = 8'hf8; + 8'he2: c = 8'h98; + 8'he3: c = 8'h11; + 8'he4: c = 8'h69; + 8'he5: c = 8'hd9; + 8'he6: c = 8'h8e; + 8'he7: c = 8'h94; + 8'he8: c = 8'h9b; + 8'he9: c = 8'h1e; + 8'hea: c = 8'h87; + 8'heb: c = 8'he9; + 8'hec: c = 8'hce; + 8'hed: c = 8'h55; + 8'hee: c = 8'h28; + 8'hef: c = 8'hdf; + 8'hf0: c = 8'h8c; + 8'hf1: c = 8'ha1; + 8'hf2: c = 8'h89; + 8'hf3: c = 8'h0d; + 8'hf4: c = 8'hbf; + 8'hf5: c = 8'he6; + 8'hf6: c = 8'h42; + 8'hf7: c = 8'h68; + 8'hf8: c = 8'h41; + 8'hf9: c = 8'h99; + 8'hfa: c = 8'h2d; + 8'hfb: c = 8'h0f; + 8'hfc: c = 8'hb0; + 8'hfd: c = 8'h54; + 8'hfe: c = 8'hbb; + 8'hff: c = 8'h16; + endcase + end +endmodule \ No newline at end of file