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`timescale 1ns / 1ps
module Encrypt(input wire [127:0] Block,
input wire [127:0] Key,
output reg [127:0] Result
);
//Adds current RoundKey to the state
function [127:0] AddRoundKey(input [127:0] State,input [127:0] RoundKey);
begin
$display("AddRoundKey state is %h, Roundkey is %h",State,RoundKey);
AddRoundKey = State ^ RoundKey;
$display("output is %h",AddRoundKey);
end
endfunction //AddRoundKey
//Substitute Bytes in State from SBox
function [127:0] SubBytes(input [127:0] State);
reg [7 : 0] sbox [0 : 255];
integer i;
begin
$display("SubBytes");
sbox[8'h00] = 8'h63;
sbox[8'h01] = 8'h7c;
sbox[8'h02] = 8'h77;
sbox[8'h03] = 8'h7b;
sbox[8'h04] = 8'hf2;
sbox[8'h05] = 8'h6b;
sbox[8'h06] = 8'h6f;
sbox[8'h07] = 8'hc5;
sbox[8'h08] = 8'h30;
sbox[8'h09] = 8'h01;
sbox[8'h0a] = 8'h67;
sbox[8'h0b] = 8'h2b;
sbox[8'h0c] = 8'hfe;
sbox[8'h0d] = 8'hd7;
sbox[8'h0e] = 8'hab;
sbox[8'h0f] = 8'h76;
sbox[8'h10] = 8'hca;
sbox[8'h11] = 8'h82;
sbox[8'h12] = 8'hc9;
sbox[8'h13] = 8'h7d;
sbox[8'h14] = 8'hfa;
sbox[8'h15] = 8'h59;
sbox[8'h16] = 8'h47;
sbox[8'h17] = 8'hf0;
sbox[8'h18] = 8'had;
sbox[8'h19] = 8'hd4;
sbox[8'h1a] = 8'ha2;
sbox[8'h1b] = 8'haf;
sbox[8'h1c] = 8'h9c;
sbox[8'h1d] = 8'ha4;
sbox[8'h1e] = 8'h72;
sbox[8'h1f] = 8'hc0;
sbox[8'h20] = 8'hb7;
sbox[8'h21] = 8'hfd;
sbox[8'h22] = 8'h93;
sbox[8'h23] = 8'h26;
sbox[8'h24] = 8'h36;
sbox[8'h25] = 8'h3f;
sbox[8'h26] = 8'hf7;
sbox[8'h27] = 8'hcc;
sbox[8'h28] = 8'h34;
sbox[8'h29] = 8'ha5;
sbox[8'h2a] = 8'he5;
sbox[8'h2b] = 8'hf1;
sbox[8'h2c] = 8'h71;
sbox[8'h2d] = 8'hd8;
sbox[8'h2e] = 8'h31;
sbox[8'h2f] = 8'h15;
sbox[8'h30] = 8'h04;
sbox[8'h31] = 8'hc7;
sbox[8'h32] = 8'h23;
sbox[8'h33] = 8'hc3;
sbox[8'h34] = 8'h18;
sbox[8'h35] = 8'h96;
sbox[8'h36] = 8'h05;
sbox[8'h37] = 8'h9a;
sbox[8'h38] = 8'h07;
sbox[8'h39] = 8'h12;
sbox[8'h3a] = 8'h80;
sbox[8'h3b] = 8'he2;
sbox[8'h3c] = 8'heb;
sbox[8'h3d] = 8'h27;
sbox[8'h3e] = 8'hb2;
sbox[8'h3f] = 8'h75;
sbox[8'h40] = 8'h09;
sbox[8'h41] = 8'h83;
sbox[8'h42] = 8'h2c;
sbox[8'h43] = 8'h1a;
sbox[8'h44] = 8'h1b;
sbox[8'h45] = 8'h6e;
sbox[8'h46] = 8'h5a;
sbox[8'h47] = 8'ha0;
sbox[8'h48] = 8'h52;
sbox[8'h49] = 8'h3b;
sbox[8'h4a] = 8'hd6;
sbox[8'h4b] = 8'hb3;
sbox[8'h4c] = 8'h29;
sbox[8'h4d] = 8'he3;
sbox[8'h4e] = 8'h2f;
sbox[8'h4f] = 8'h84;
sbox[8'h50] = 8'h53;
sbox[8'h51] = 8'hd1;
sbox[8'h52] = 8'h00;
sbox[8'h53] = 8'hed;
sbox[8'h54] = 8'h20;
sbox[8'h55] = 8'hfc;
sbox[8'h56] = 8'hb1;
sbox[8'h57] = 8'h5b;
sbox[8'h58] = 8'h6a;
sbox[8'h59] = 8'hcb;
sbox[8'h5a] = 8'hbe;
sbox[8'h5b] = 8'h39;
sbox[8'h5c] = 8'h4a;
sbox[8'h5d] = 8'h4c;
sbox[8'h5e] = 8'h58;
sbox[8'h5f] = 8'hcf;
sbox[8'h60] = 8'hd0;
sbox[8'h61] = 8'hef;
sbox[8'h62] = 8'haa;
sbox[8'h63] = 8'hfb;
sbox[8'h64] = 8'h43;
sbox[8'h65] = 8'h4d;
sbox[8'h66] = 8'h33;
sbox[8'h67] = 8'h85;
sbox[8'h68] = 8'h45;
sbox[8'h69] = 8'hf9;
sbox[8'h6a] = 8'h02;
sbox[8'h6b] = 8'h7f;
sbox[8'h6c] = 8'h50;
sbox[8'h6d] = 8'h3c;
sbox[8'h6e] = 8'h9f;
sbox[8'h6f] = 8'ha8;
sbox[8'h70] = 8'h51;
sbox[8'h71] = 8'ha3;
sbox[8'h72] = 8'h40;
sbox[8'h73] = 8'h8f;
sbox[8'h74] = 8'h92;
sbox[8'h75] = 8'h9d;
sbox[8'h76] = 8'h38;
sbox[8'h77] = 8'hf5;
sbox[8'h78] = 8'hbc;
sbox[8'h79] = 8'hb6;
sbox[8'h7a] = 8'hda;
sbox[8'h7b] = 8'h21;
sbox[8'h7c] = 8'h10;
sbox[8'h7d] = 8'hff;
sbox[8'h7e] = 8'hf3;
sbox[8'h7f] = 8'hd2;
sbox[8'h80] = 8'hcd;
sbox[8'h81] = 8'h0c;
sbox[8'h82] = 8'h13;
sbox[8'h83] = 8'hec;
sbox[8'h84] = 8'h5f;
sbox[8'h85] = 8'h97;
sbox[8'h86] = 8'h44;
sbox[8'h87] = 8'h17;
sbox[8'h88] = 8'hc4;
sbox[8'h89] = 8'ha7;
sbox[8'h8a] = 8'h7e;
sbox[8'h8b] = 8'h3d;
sbox[8'h8c] = 8'h64;
sbox[8'h8d] = 8'h5d;
sbox[8'h8e] = 8'h19;
sbox[8'h8f] = 8'h73;
sbox[8'h90] = 8'h60;
sbox[8'h91] = 8'h81;
sbox[8'h92] = 8'h4f;
sbox[8'h93] = 8'hdc;
sbox[8'h94] = 8'h22;
sbox[8'h95] = 8'h2a;
sbox[8'h96] = 8'h90;
sbox[8'h97] = 8'h88;
sbox[8'h98] = 8'h46;
sbox[8'h99] = 8'hee;
sbox[8'h9a] = 8'hb8;
sbox[8'h9b] = 8'h14;
sbox[8'h9c] = 8'hde;
sbox[8'h9d] = 8'h5e;
sbox[8'h9e] = 8'h0b;
sbox[8'h9f] = 8'hdb;
sbox[8'ha0] = 8'he0;
sbox[8'ha1] = 8'h32;
sbox[8'ha2] = 8'h3a;
sbox[8'ha3] = 8'h0a;
sbox[8'ha4] = 8'h49;
sbox[8'ha5] = 8'h06;
sbox[8'ha6] = 8'h24;
sbox[8'ha7] = 8'h5c;
sbox[8'ha8] = 8'hc2;
sbox[8'ha9] = 8'hd3;
sbox[8'haa] = 8'hac;
sbox[8'hab] = 8'h62;
sbox[8'hac] = 8'h91;
sbox[8'had] = 8'h95;
sbox[8'hae] = 8'he4;
sbox[8'haf] = 8'h79;
sbox[8'hb0] = 8'he7;
sbox[8'hb1] = 8'hc8;
sbox[8'hb2] = 8'h37;
sbox[8'hb3] = 8'h6d;
sbox[8'hb4] = 8'h8d;
sbox[8'hb5] = 8'hd5;
sbox[8'hb6] = 8'h4e;
sbox[8'hb7] = 8'ha9;
sbox[8'hb8] = 8'h6c;
sbox[8'hb9] = 8'h56;
sbox[8'hba] = 8'hf4;
sbox[8'hbb] = 8'hea;
sbox[8'hbc] = 8'h65;
sbox[8'hbd] = 8'h7a;
sbox[8'hbe] = 8'hae;
sbox[8'hbf] = 8'h08;
sbox[8'hc0] = 8'hba;
sbox[8'hc1] = 8'h78;
sbox[8'hc2] = 8'h25;
sbox[8'hc3] = 8'h2e;
sbox[8'hc4] = 8'h1c;
sbox[8'hc5] = 8'ha6;
sbox[8'hc6] = 8'hb4;
sbox[8'hc7] = 8'hc6;
sbox[8'hc8] = 8'he8;
sbox[8'hc9] = 8'hdd;
sbox[8'hca] = 8'h74;
sbox[8'hcb] = 8'h1f;
sbox[8'hcc] = 8'h4b;
sbox[8'hcd] = 8'hbd;
sbox[8'hce] = 8'h8b;
sbox[8'hcf] = 8'h8a;
sbox[8'hd0] = 8'h70;
sbox[8'hd1] = 8'h3e;
sbox[8'hd2] = 8'hb5;
sbox[8'hd3] = 8'h66;
sbox[8'hd4] = 8'h48;
sbox[8'hd5] = 8'h03;
sbox[8'hd6] = 8'hf6;
sbox[8'hd7] = 8'h0e;
sbox[8'hd8] = 8'h61;
sbox[8'hd9] = 8'h35;
sbox[8'hda] = 8'h57;
sbox[8'hdb] = 8'hb9;
sbox[8'hdc] = 8'h86;
sbox[8'hdd] = 8'hc1;
sbox[8'hde] = 8'h1d;
sbox[8'hdf] = 8'h9e;
sbox[8'he0] = 8'he1;
sbox[8'he1] = 8'hf8;
sbox[8'he2] = 8'h98;
sbox[8'he3] = 8'h11;
sbox[8'he4] = 8'h69;
sbox[8'he5] = 8'hd9;
sbox[8'he6] = 8'h8e;
sbox[8'he7] = 8'h94;
sbox[8'he8] = 8'h9b;
sbox[8'he9] = 8'h1e;
sbox[8'hea] = 8'h87;
sbox[8'heb] = 8'he9;
sbox[8'hec] = 8'hce;
sbox[8'hed] = 8'h55;
sbox[8'hee] = 8'h28;
sbox[8'hef] = 8'hdf;
sbox[8'hf0] = 8'h8c;
sbox[8'hf1] = 8'ha1;
sbox[8'hf2] = 8'h89;
sbox[8'hf3] = 8'h0d;
sbox[8'hf4] = 8'hbf;
sbox[8'hf5] = 8'he6;
sbox[8'hf6] = 8'h42;
sbox[8'hf7] = 8'h68;
sbox[8'hf8] = 8'h41;
sbox[8'hf9] = 8'h99;
sbox[8'hfa] = 8'h2d;
sbox[8'hfb] = 8'h0f;
sbox[8'hfc] = 8'hb0;
sbox[8'hfd] = 8'h54;
sbox[8'hfe] = 8'hbb;
sbox[8'hff] = 8'h16;
for(i=0;i<128;i=i+8)
begin
SubBytes[i+:8] = sbox[State[i+:08]];
end
end
endfunction //SubBytes
function [127 : 0] ShiftRow(input [127 : 0] data);
reg [31 : 0] w0, w1, w2, w3;
reg [31 : 0] ws0, ws1, ws2, ws3;
begin
$display("ShiftRow");
w0 = data[127 : 096];
w1 = data[095 : 064];
w2 = data[063 : 032];
w3 = data[031 : 000];
ws0 = {w0[31 : 24], w1[23 : 16], w2[15 : 08], w3[07 : 00]};
ws1 = {w1[31 : 24], w2[23 : 16], w3[15 : 08], w0[07 : 00]};
ws2 = {w2[31 : 24], w3[23 : 16], w0[15 : 08], w1[07 : 00]};
ws3 = {w3[31 : 24], w0[23 : 16], w1[15 : 08], w2[07 : 00]};
ShiftRow = {ws0, ws1, ws2, ws3};
end
endfunction // ShiftRow
function [7:0] m2; // binary multiplication with 2
input [7:0] x;
begin
m2={x[6:0],1'b0} ^ (8'h1b & {8{x[7]}});
// 1bit left shift then conditional check if 1st bit is 1 then add 00011011 with shifted number
end
endfunction
function [7:0] m3;
input [7:0] x;
begin
m3= m2(x)^x; // mul with 2 and then add it with itself
end
endfunction
function [31:0] mul_32bit;
input [31:0] c;
reg [7:0] a0,a1,a2,a3; // 8bit
reg [7:0] ma0,ma1,ma2,ma3;
begin
a0=c[31:24];
a1=c[23:16];
a2=c[15:8];
a3=c[7:0];
ma0 = m2(a0) ^ m3(a1) ^ a2 ^ a3;
ma1 = a0 ^ m2(a1) ^ m3(a2)^ a3;
ma2 = a0 ^ a1 ^ m2(a2)^ m3(a3);
ma3 = m3(a0) ^ a1 ^ a2 ^ m2(a3);
mul_32bit = {ma0,ma1,ma2,ma3};
end
endfunction
function [127:0] mixcolumn;
input [127:0] matrix;
reg [31:0] c0,c1,c2,c3;
reg [31:0] mc0,mc1,mc2,mc3;
begin
$display("mixcolumn");
c0=matrix[127:96];
c1=matrix[95:64];
c2=matrix[63:32];
c3=matrix[31:0];
mc0=mul_32bit(c0);
mc1=mul_32bit(c1);
mc2=mul_32bit(c2);
mc3=mul_32bit(c3);
mixcolumn={mc0,mc1,mc2,mc3};
end
endfunction //mixcolumn
function [127:0] aes_key(input [127:0] key, input [0:3] round_no);
reg [127 : 0] sub_key;
reg [31:0] temp [0:3];
reg [7:0] RCON[1:10];
begin
RCON[1]=8'h01;
RCON[2]=8'h02;
RCON[3]=8'h04;
RCON[4]=8'h08;
RCON[5]=8'h10;
RCON[6]=8'h20;
RCON[7]=8'h40;
RCON[8]=8'h80;
RCON[9]=8'h1b;
RCON[10]=8'h36;
$display("aes_key key=%h round=%h RCON=%h",key,round_no,RCON[round_no]);
sub_key = SubBytes(key);
temp[0] = key[127:96]^ RotWord(sub_key[31:0]) ^ {RCON[round_no],24'h0};
temp[1] = key[95:64] ^ temp[0];
temp[2] = key[63:32] ^ temp[1];
temp[3] = key[31:0] ^ temp[2];
aes_key = {temp[0], temp[1], temp[2], temp[3]};
$display("aes_key %h",aes_key);
end
endfunction //aes_key
function [31:0] RotWord(input [31:0] column);
begin
RotWord = {column[23:16],column[15:8],column[7:0],column[31:24]};
end
endfunction //RotWord
localparam ROUND_NO = 4'd0;
integer n;
//----------------------------------------------------------------
// round_logic
//
// The logic needed to implement init, main and final rounds.
//----------------------------------------------------------------
always @*
begin : round_logic
//todo make these variables global ?
reg [127 : 0] block_old, block_new, key_old, key_new, temp;
//ready_flag,counter,
$display("@*");
$display("Block is %h",Block);
$display("INIT_UPDATE");
block_old = Block;
key_old = Key;
key_new = Key;
block_new = AddRoundKey(block_old,key_old);
$display("State after INIT_UPDATE is %h",block_new);
for(n=1;n<=9;n=n+1)
begin
$display("MAIN_UPDATE %h",n);
temp = SubBytes(block_new);
temp = ShiftRow(temp);
temp = mixcolumn(temp);
key_old = key_new;
key_new = aes_key(key_old,n);
temp = AddRoundKey(temp,key_new);
block_old = block_new;
block_new = temp;
end
$display("FINAL_UPDATE");
temp = SubBytes(block_new);
temp = ShiftRow(temp);
key_old = key_new;
key_new = aes_key(key_old,4'd10);
temp = AddRoundKey(temp,key_new);
block_old = block_new;
block_new = temp;
Result = block_new;
end // round_logic
endmodule