当前,得益于机器学习、人工智能等新兴技术的高速发展,海量的数据得以被产生,分析并加以应用,这有力地推动了社会经济的发展。图,作为一种数据结构,可以有效地表示蕴含复杂关系和丰富信息的数据,因而被广泛地应用到了数据的存储及处理等各个方面。与此同时,数据安全也得到了人们越来越多的重视。对数据进行加密是保证数据安全性的主要方法。然而,对于图结构数据来说,传统的加密方法会使其结构信息丢失。对这种加密数据的存储也不能继续使用针对图结构数据专门设计的数据库。这种方法虽然起到了保护数据信息的作用,但也极大地降低了存储和读取数据的便利性。因此,如何设计一种既可以保护数据的安全又能保留数据结构特性的加密机制是当前信息安全领域关注热点问题之一。本文将图加密和Ising模型的相关研究相结合,主要完成以下工作:1.在介绍密码学、图加密、Ising模型以及硬件加解密基础知识的基础上,详细分析了图加密的研究现状,提出一种针对图的加密方法,该方法既可以保留图的结构特性又可以保证信息安全。2.针对图数据的结构特点,利用Ising模型设计了图加密算法。首先把算法拆分成了一维数据加密算法、二维数据加密算法、树加密算法,然后利用一维Ising模型和二维Ising模型的结构特性进行算法实现,最后把这些子算法进行组合,得到针对一般图的加密算法。算法设计完成后,针对子算法和图加密算法分别进行了抗统计和抗差分攻击实验,由实验结果表明设计的图加密算法具有很好的安全性。3.使用FPGA技术给出了基于Ising模型的图加密算法硬件设计方案。在FPGA框架下设计了一维数据加密模块,二维数据加密模块,树加密模块,由这些子模块组成图加密模块,最后对整个硬件系统进行综合、仿真和测试,结果表明在在采用硬件加解密的环境下,图加密系统的性能和安全性都更有保障。