Verilogを使ったSHA256回路の基本と活用13選

●Verilogを使ったSHA256回路とは？
●Verilogでの SHA256 実装手順
●FPGAでのSHA256回路最適化
●よくあるエラーと対処法
●SHA256回路の応用例
まとめ

●Verilogを使ったSHA256回路とは？

デジタル世界のセキュリティを支える重要な要素、それがSHA256アルゴリズムです。

このアルゴリズムをハードウェアレベルで実現する手段として、Verilogを用いた実装が注目を集めています。

Verilogは、デジタル回路設計のために開発されたハードウェア記述言語であり、SHA256のような複雑な暗号アルゴリズムを効率的にハードウェア化することができます。

○SHA256アルゴリズムの基本概念

SHA256は、入力データを256ビットの固定長ハッシュ値に変換する暗号学的ハッシュ関数です。

任意の長さのメッセージを受け取り、それを一定の長さのダイジェストに変換します。

SHA256の処理は次の手順で行われます。

メッセージのパディング -> 入力メッセージを512ビットの倍数になるように調整します。
メッセージスケジューリング -> 入力ブロックから64個の32ビットワードを生成します。
圧縮関数 -> 8つの32ビット変数を用いて、64ラウンドの演算を行います。
最終ハッシュ値の計算 -> 圧縮関数の結果を組み合わせて、256ビットのハッシュ値を生成します。

○Verilogによる実装のメリット

Verilogを用いてSHA256を実装することには、いくつか大きな利点があります。

高速処理 -> ハードウェアレベルでの並列処理により、ソフトウェア実装と比較して圧倒的な速度向上が見込めます。
低消費電力 -> 専用ハードウェアによる効率的な処理で、消費電力を抑えることができます。
セキュリティ強化 -> ハードウェア実装により、ソフトウェア攻撃に対する耐性が向上します。
カスタマイズ性 -> 特定のアプリケーションに合わせて最適化することが可能です。
FPGA活用 -> 再構成可能デバイスを用いることで、柔軟性と高性能を両立できます。

○サンプルコード1：基本的なSHA256モジュール

Verilogを使用した基本的なSHA256モジュールを見てみましょう。

module sha256_core(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] block,
    output reg [255:0] hash
);

    // 状態変数
    reg [31:0] a, b, c, d, e, f, g, h;
    reg [31:0] w [0:63];

    // SHA256定数
    wire [31:0] k [0:63];
    assign k[0] = 32'h428a2f98;
    // 他の定数も同様に定義

    // ラウンド処理
    integer i;
    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            hash <= 256'h0;
        end else begin
            // メッセージスケジュール
            for (i = 0; i < 16; i = i + 1) begin
                w[i] <= block[511-i*32 -: 32];
            end
            for (i = 16; i < 64; i = i + 1) begin
                w[i] <= w[i-16] + {w[i-15][6:0],w[i-15][31:7]} ^ {w[i-15][17:0],w[i-15][31:18]} ^ (w[i-15] >> 3) +
                        w[i-7] + {w[i-2][16:0],w[i-2][31:17]} ^ {w[i-2][18:0],w[i-2][31:19]} ^ (w[i-2] >> 10);
            end

            // 圧縮関数
            // 実際の実装では64ラウンドの処理を行います

            // 最終ハッシュ値の更新
            hash <= {a, b, c, d, e, f, g, h};
        end
    end

endmodule

このコードは、SHA256の基本構造を表しています。

クロック信号とリセット信号を受け取り、512ビットのブロックを入力として処理し、256ビットのハッシュ値を出力します。

実際の使用では、このモジュールをさらに拡張し、完全なSHA256アルゴリズムを実装する必要があります。

●Verilogでの SHA256 実装手順

SHA256アルゴリズムをVerilogで実装する過程は、段階的なアプローチが効果的です。

全体的な構造を把握し、各部分を順番に組み立てていくことで、複雑な回路を効率的に設計できます。

○サンプルコード2：SHA256ブロック構造の定義

まず、SHA256の基本的なブロック構造を定義します。

module sha256_block(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] block_in,
    input wire block_ready,
    output reg [255:0] hash_out,
    output reg hash_valid
);

    // 内部状態
    reg [31:0] h0, h1, h2, h3, h4, h5, h6, h7;
    reg [31:0] a, b, c, d, e, f, g, h;
    reg [31:0] w [0:63];
    reg [5:0] round;

    // 状態制御
    reg [1:0] state;
    localparam IDLE = 2'b00, PREP = 2'b01, PROCESS = 2'b10, FINISH = 2'b11;

    // SHA256定数
    wire [31:0] K [0:63];
    assign K[0] = 32'h428a2f98;
    // 他の定数も同様に定義

    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            state <= IDLE;
            hash_valid <= 1'b0;
        end else begin
            case (state)
                IDLE: if (block_ready) state <= PREP;
                PREP: state <= PROCESS;
                PROCESS: if (round == 63) state <= FINISH;
                FINISH: begin
                    hash_valid <= 1'b1;
                    state <= IDLE;
                end
            endcase
        end
    end

    // ここに、各状態での詳細な処理を実装

endmodule

このコードは、SHA256処理の基本的な状態遷移を定義しています。

IDLE、PREP、PROCESS、FINISHの4つの状態を持ち、入力ブロックの準備から最終ハッシュ値の出力までを管理します。

○サンプルコード3：メッセージスケジューリング

次に、メッセージスケジューリング部分を実装します。

// メッセージスケジューリング
always @(posedge clk) begin
    if (state == PREP) begin
        for (int t = 0; t < 16; t++) begin
            w[t] <= block_in[511-t*32 -: 32];
        end
        for (int t = 16; t < 64; t++) begin
            reg [31:0] s0, s1;
            s0 = {w[t-15][6:0],w[t-15][31:7]} ^ {w[t-15][17:0],w[t-15][31:18]} ^ (w[t-15] >> 3);
            s1 = {w[t-2][16:0],w[t-2][31:17]} ^ {w[t-2][18:0],w[t-2][31:19]} ^ (w[t-2] >> 10);
            w[t] <= w[t-16] + s0 + w[t-7] + s1;
        end
    end
end

このコードでは、入力ブロックから64個の32ビットワードを生成します。

最初の16ワードは入力ブロックから直接取得し、残りの48ワードは既存のワードから計算します。

○サンプルコード4：圧縮関数の実装

SHA256の核心部分である圧縮関数を実装します。

// 補助関数
function [31:0] ch(input [31:0] x, y, z);
    ch = (x & y) ^ (~x & z);
endfunction

function [31:0] maj(input [31:0] x, y, z);
    maj = (x & y) ^ (x & z) ^ (y & z);
endfunction

function [31:0] ep0(input [31:0] x);
    ep0 = {x[1:0],x[31:2]} ^ {x[12:0],x[31:13]} ^ {x[21:0],x[31:22]};
endfunction

function [31:0] ep1(input [31:0] x);
    ep1 = {x[5:0],x[31:6]} ^ {x[10:0],x[31:11]} ^ {x[24:0],x[31:25]};
endfunction

// 圧縮関数
always @(posedge clk) begin
    if (state == PROCESS) begin
        reg [31:0] t1, t2;
        t1 = h + ep1(e) + ch(e,f,g) + K[round] + w[round];
        t2 = ep0(a) + maj(a,b,c);
        h <= g;
        g <= f;
        f <= e;
        e <= d + t1;
        d <= c;
        c <= b;
        b <= a;
        a <= t1 + t2;
        round <= round + 1;
    end
end

この圧縮関数は、各ラウンドで8つの変数（a〜h）を更新します。

補助関数ch、maj、ep0、ep1を使用して複雑な演算を行います。

○サンプルコード5：完全なSHA256モジュール

最後に、完全なSHA256モジュールを組み立てます。

module sha256_complete(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] block_in,
    input wire block_ready,
    output reg [255:0] hash_out,
    output reg hash_valid
);

    // 内部状態と定数の定義（前述のコードと同じ）

    // メッセージスケジューリング（前述のコードと同じ）

    // 圧縮関数（前述のコードと同じ）

    // 最終ハッシュ値の計算
    always @(posedge clk) begin
        if (state == FINISH) begin
            hash_out <= {
                h0 + a, h1 + b, h2 + c, h3 + d,
                h4 + e, h5 + f, h6 + g, h7 + h
            };
            hash_valid <= 1'b1;
        end else begin
            hash_valid <= 1'b0;
        end
    end

    // 初期化処理
    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            h0 <= 32'h6a09e667; h1 <= 32'hbb67ae85;
            h2 <= 32'h3c6ef372; h3 <= 32'ha54ff53a;
            h4 <= 32'h510e527f; h5 <= 32'h9b05688c;
            h6 <= 32'h1f83d9ab; h7 <= 32'h5be0cd19;
            state <= IDLE;
        end
    end

endmodule

このモジュールは、前述のすべての要素を組み合わせて、完全なSHA256ハッシュ計算を行います。

入力ブロックを受け取り、メッセージスケジューリング、64ラウンドの圧縮関数処理、そして最終ハッシュ値の計算を順に実行します。

Verilogを用いたSHA256の実装により、高速で効率的な暗号処理が可能になります。

FPGAなどのハードウェアプラットフォームで実装することで、ソフトウェア実装と比較して大幅なパフォーマンス向上が期待できます。

●FPGAでのSHA256回路最適化

FPGAを使用してSHA256回路を実装する際、性能向上が重要な課題となります。

高速で効率的な暗号化処理を実現するため、様々な最適化テクニックが存在します。

FPGAの特性を活かした回路設計により、ソフトウェア実装と比較して飛躍的な性能向上が可能となります。

○サンプルコード6：パイプライン処理の導入

パイプライン処理は、SHA256アルゴリズムの性能を大幅に向上させる手法です。

64ラウンドの処理を複数のステージに分割し、各ステージを並行して実行することで、処理速度を向上させます。

module sha256_pipeline(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] block_in,
    input wire block_ready,
    output reg [255:0] hash_out,
    output reg hash_valid
);

    // パイプラインステージの定義
    reg [31:0] a [0:3], b [0:3], c [0:3], d [0:3], e [0:3], f [0:3], g [0:3], h [0:3];
    reg [31:0] w [0:63];

    // パイプライン処理
    genvar i;
    generate
        for (i = 0; i < 16; i = i + 1) begin : pipeline_stage
            always @(posedge clk) begin
                if (rst_n == 1'b0) begin
                    // リセット処理
                end else begin
                    // 4ラウンド分の処理をここで実装
                    // a[i+1], b[i+1], ..., h[i+1] の更新
                end
            end
        end
    endgenerate

    // 最終ハッシュ値の計算
    always @(posedge clk) begin
        if (rst_n == 1'b0) begin
            hash_valid <= 1'b0;
        end else begin
            hash_out <= {a[15], b[15], c[15], d[15], e[15], f[15], g[15], h[15]};
            hash_valid <= 1'b1;
        end
    end

endmodule

パイプライン処理を導入することで、複数のブロックを同時に処理できるようになります。

結果として、スループットが大幅に向上し、大量のデータを高速に暗号化することが可能となります。

○サンプルコード7：並列処理によるスループット向上

並列処理は、複数のSHA256コアを同時に動作させることで、全体的なスループットを向上させる手法です。

FPGAの並列性を最大限に活用することができます。

module sha256_parallel(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] block_in [0:3],
    input wire [3:0] block_ready,
    output wire [255:0] hash_out [0:3],
    output wire [3:0] hash_valid
);

    // 4つのSHA256コアのインスタンス化
    genvar i;
    generate
        for (i = 0; i < 4; i = i + 1) begin : sha256_core_inst
            sha256_core core (
                .clk(clk),
                .rst_n(rst_n),
                .block_in(block_in[i]),
                .block_ready(block_ready[i]),
                .hash_out(hash_out[i]),
                .hash_valid(hash_valid[i])
            );
        end
    endgenerate

endmodule

並列処理を実装することで、同時に複数のデータブロックを処理できるようになります。

大量のデータを扱うアプリケーションにおいて、処理速度を大幅に向上させることが可能です。

○サンプルコード8：メモリ使用量の最適化

FPGAのリソースを効率的に使用するため、メモリ使用量の最適化が重要です。

特に、メッセージスケジューリングにおけるWレジスタの実装を工夫することで、メモリ使用量を削減できます。

module sha256_optimized_memory(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] block_in,
    input wire block_ready,
    output reg [255:0] hash_out,
    output reg hash_valid
);

    reg [31:0] w [0:15];  // Wレジスタを16個に削減
    reg [5:0] round;

    // メッセージスケジューリングの最適化
    always @(posedge clk) begin
        if (rst_n == 1'b0) begin
            // リセット処理
        end else if (round < 16) begin
            w[round] <= block_in[511-round*32 -: 32];
        end else begin
            w[round & 15] <= w[(round-16) & 15] + 
                             {w[(round-15) & 15][6:0], w[(round-15) & 15][31:7]} ^ 
                             {w[(round-15) & 15][17:0], w[(round-15) & 15][31:18]} ^ 
                             (w[(round-15) & 15] >> 3) +
                             w[(round-7) & 15] + 
                             {w[(round-2) & 15][16:0], w[(round-2) & 15][31:17]} ^ 
                             {w[(round-2) & 15][18:0], w[(round-2) & 15][31:19]} ^ 
                             (w[(round-2) & 15] >> 10);
        end
    end

    // 圧縮関数の実装（省略）

endmodule

メモリ使用量を最適化することで、より多くのSHA256コアをFPGA上に実装することが可能となります。

結果として、全体的な処理性能の向上につながります。

○サンプルコード9：FPGA特有のリソース活用テクニック

FPGAには、DSPブロックやブロックRAMなど、特殊なハードウェアリソースが存在します。

SHA256実装においても、これらのリソースを効果的に活用することで、性能向上とリソース効率の改善が可能です。

module sha256_fpga_optimized(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] block_in,
    input wire block_ready,
    output reg [255:0] hash_out,
    output reg hash_valid
);

    // DSPブロックを使用した高速な加算器の実装
    (* use_dsp = "yes" *) reg [31:0] fast_adder;
    always @(posedge clk) begin
        fast_adder <= a + e + ch(e,f,g) + k[round] + w[round];
    end

    // ブロックRAMを使用したKテーブルの実装
    (* ram_style = "block" *) reg [31:0] k_table [0:63];
    initial begin
        // Kテーブルの初期化（省略）
    end

    // 他の実装部分（省略）

endmodule

FPGA特有のリソースを活用することで、回路の動作速度を向上させつつ、一般的なLUTやFF(フリップフロップ)の使用量を削減することができます。

結果として、より効率的で高性能なSHA256回路の実装が可能となります。

●よくあるエラーと対処法

SHA256回路の設計・実装過程では、様々なエラーや問題に直面することがあります。

ここでは、頻繁に遭遇するエラーとその対処法について解説します。

○タイミング違反の解決策

タイミング違反は、FPGAでの回路設計において最も一般的な問題の1つです。

信号が目的地に到達する前にクロックエッジが来てしまう状況を指します。

対処法としては、次のアプローチが効果的です。

パイプライン段数の増加 -> クリティカルパスを分割し、複数のクロックサイクルで処理を行います。
レジスタの挿入 -> 長い組み合わせロジックパスにレジスタを追加し、信号の伝播時間を短縮します。
クロック周波数の調整 -> タイミング違反が解消されるまで、クロック周波数を下げます。
配置配線の最適化 -> FPGAツールの制約を調整し、クリティカルパスの配置配線を改善します。

例えば、次のようにパイプラインを追加することで、タイミング違反を解消できる場合があります。

// タイミング違反を解消するためのパイプライン追加
reg [31:0] temp_result;
always @(posedge clk) begin
    temp_result <= a + e + ch(e,f,g);
end

always @(posedge clk) begin
    a <= temp_result + k[round] + w[round];
end

○リソース不足への対応

FPGAのリソース（LUT、FF、BRAM、DSPなど）が不足する場合、設計の見直しが必要となります。

対応策として、次のアプローチが考えられます。

アルゴリズムの最適化 -> 計算量を減らすようにアルゴリズムを改良します。
リソース共有 -> 同じ機能を持つ回路を時分割で使用します。
ビット幅の削減 -> データパスのビット幅を必要最小限に抑えます。
メモリアクセスの最適化 -> BRAMの使用効率を向上させます。

例えば、次のようにリソースを共有することで、使用量を削減できます。

// リソース共有による最適化
reg [31:0] shared_function;
reg select;

always @(*) begin
    case (select)
        1'b0: shared_function = ch(e,f,g);
        1'b1: shared_function = maj(a,b,c);
    endcase
end

always @(posedge clk) begin
    select <= ~select;
    if (select == 1'b0) begin
        // ch関数の結果を使用
    end else begin
        // maj関数の結果を使用
    end
end

○テストベンチでの不具合検出

テストベンチは、SHA256回路の動作を検証するために不可欠です。

しかし、不適切なテストベンチでは、重要な不具合を見逃す可能性があります。

効果的なテストベンチ作成のポイントは次の通りです。

網羅的なテストケース -> 様々な入力パターンを用意し、境界値や特殊なケースもカバーします。
自動化されたチェック -> 期待値と実際の出力を自動的に比較し、不一致を報告します。
タイミング検証 -> クロックやリセット信号の変化に対する回路の応答を確認します。
長時間シミュレーション -> 連続的なデータ処理や、エッジケースの検出を行います。

ここでは、基本的なテストベンチの例を紹介します。

module sha256_testbench;
    reg clk;
    reg rst_n;
    reg [511:0] block_in;
    reg block_ready;
    wire [255:0] hash_out;
    wire hash_valid;

    // DUTのインスタンス化
    sha256_core dut (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .block_in(block_in),
        .block_ready(block_ready),
        .hash_out(hash_out),
        .hash_valid(hash_valid)
    );

    // クロック生成
    always #5 clk = ~clk;

    // テストシナリオ
    initial begin
        // 初期化
        clk = 0;
        rst_n = 0;
        block_in = 0;
        block_ready = 0;

        // リセット解除
        #20 rst_n = 1;

        // テストケース1：全てゼロの入力
        #10 block_in = 512'h0;
        block_ready = 1;
        #10 block_ready = 0;

        // 結果待ち
        wait(hash_valid);
        if (hash_out != 256'he3b0c44298fc1c149afbf4c8996fb92427ae41e4649b934ca495991b7852b855) begin
            $display("テストケース1失敗");
        end else begin
            $display("テストケース1成功");
        end

        // 追加のテストケース（省略）

        // シミュレーション終了
        #100 $finish;
    end

    // 波形ダンプ（オプション）
    initial begin
        $dumpfile("sha256_test.vcd");
        $dumpvars(0, sha256_testbench);
    end
endmodule

このテストベンチを使用することで、SHA256回路の基本的な機能を検証できます。

実際の開発では、より多くのテストケースや、より複雑なシナリオを追加することが重要です。

●SHA256回路の応用例

SHA256回路は、様々な分野で重要な役割を果たしています。

暗号技術の進化に伴い、SHA256を活用したアプリケーションの需要が急速に拡大しています。

ここでは、実際のプロジェクトで使用できるSHA256回路の具体的な応用例を紹介します。

各例では、Verilogコードと共に、実装のポイントや注意点を詳しく解説します。

○サンプルコード10：ブロックチェーン用ハッシュ計算器

ブロックチェーン技術において、SHA256は取引の検証や新しいブロックの生成に欠かせません。

高速なハッシュ計算は、マイニング効率の向上に直結します。

module blockchain_hash_calculator(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] block_header,
    input wire [31:0] nonce,
    output reg [255:0] hash_result,
    output reg hash_valid
);

    wire [511:0] full_input;
    assign full_input = {block_header[511:32], nonce};

    sha256_core sha256_inst (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .block_in(full_input),
        .block_ready(1'b1),
        .hash_out(hash_result),
        .hash_valid(hash_valid)
    );

endmodule

このモジュールは、ブロックヘッダーとナンス値を入力として受け取り、SHA256ハッシュを計算します。

マイニングプロセスでは、目標の難易度を満たすハッシュ値が見つかるまで、ナンス値を変更しながら繰り返し計算を行います。

実装のポイント

ブロックヘッダーとナンス値を組み合わせて、SHA256の入力を生成します。
連続的なハッシュ計算を行うため、パイプライン処理や並列化を検討します。
難易度チェックロジックを追加し、有効なブロックを検出します。

○サンプルコード11：高速パスワード検証システム

セキュアなシステムでは、パスワードをハッシュ化して保存することが一般的です。

SHA256を使用した高速パスワード検証システムを実装してみましょう。

module password_verifier(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] input_password,
    input wire [255:0] stored_hash,
    output reg password_valid
);

    wire [255:0] calculated_hash;
    wire hash_ready;

    sha256_core sha256_inst (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .block_in(input_password),
        .block_ready(1'b1),
        .hash_out(calculated_hash),
        .hash_valid(hash_ready)
    );

    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            password_valid <= 1'b0;
        end else if (hash_ready) begin
            password_valid <= (calculated_hash == stored_hash);
        end
    end

endmodule

このモジュールは、入力されたパスワードのハッシュ値を計算し、保存されているハッシュ値と比較します。

一致すれば、パスワードが有効であると判断します。

実装のポイント

パスワードの長さが512ビットを超える場合、複数ブロックの処理が必要です。
タイミング攻撃を防ぐため、比較操作の時間を一定に保ちます。
ソルト（salt）を使用してセキュリティを強化することも検討します。

○サンプルコード12：デジタル署名生成器

SHA256は、デジタル署名の生成にも広く使用されています。

ここでは、簡易的なデジタル署名生成器を実装します。

module digital_signature_generator(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [511:0] message,
    input wire [255:0] private_key,
    output reg [255:0] signature,
    output reg signature_valid
);

    wire [255:0] message_hash;
    wire hash_ready;

    sha256_core sha256_inst (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .block_in(message),
        .block_ready(1'b1),
        .hash_out(message_hash),
        .hash_valid(hash_ready)
    );

    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            signature <= 256'h0;
            signature_valid <= 1'b0;
        end else if (hash_ready) begin
            signature <= message_hash ^ private_key; // 簡易的な署名生成
            signature_valid <= 1'b1;
        end
    end

endmodule

この例では、メッセージのハッシュ値と秘密鍵を組み合わせて簡易的な署名を生成しています。

実際の応用では、より複雑な暗号アルゴリズム（例：ECDSA）と組み合わせて使用します。

実装のポイント

メッセージが長い場合、複数ブロックの処理を考慮します。
秘密鍵の安全な管理方法を検討します。
署名検証モジュールも併せて実装することが望ましいです。

○サンプルコード13：セキュアブート用完全性チェック

組み込みシステムのセキュリティ向上のため、セキュアブートプロセスにSHA256を利用できます。

ブートローダーやファームウェアの完全性を検証し、改ざんを防ぎます。

module secure_boot_verifier(
    input wire clk,
    input wire rst_n,
    input wire [31:0] firmware_data,
    input wire data_valid,
    input wire [255:0] expected_hash,
    output reg boot_allowed,
    output reg verification_complete
);

    reg [511:0] data_buffer;
    reg [5:0] buffer_count;
    wire [255:0] calculated_hash;
    wire hash_ready;

    sha256_core sha256_inst (
        .clk(clk),
        .rst_n(rst_n),
        .block_in(data_buffer),
        .block_ready(buffer_count == 6'd16),
        .hash_out(calculated_hash),
        .hash_valid(hash_ready)
    );

    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            data_buffer <= 512'h0;
            buffer_count <= 6'd0;
            boot_allowed <= 1'b0;
            verification_complete <= 1'b0;
        end else if (data_valid) begin
            data_buffer <= {data_buffer[479:0], firmware_data};
            buffer_count <= buffer_count + 1;
            if (buffer_count == 6'd15) begin
                buffer_count <= 6'd0;
            end
        end else if (hash_ready) begin
            boot_allowed <= (calculated_hash == expected_hash);
            verification_complete <= 1'b1;
        end
    end

endmodule

このモジュールは、ファームウェアデータを32ビットずつ受け取り、512ビットのブロックが揃うたびにSHA256ハッシュを計算します。

最終的に、計算されたハッシュ値と期待されるハッシュ値を比較し、ブートを許可するかどうかを決定します。

実装のポイント