学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

面向AES加密的可配置处理器设计及实现

作　者: 王勇
导　师: 王夏
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 高级加密标准传输触发架构可配置处理器超长指令字并行优化抗攻击
分类号: TN918.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 34次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着计算机技术和网络技术的快速发展和广泛应用，信息安全逐渐成为几们普遍关注的课题。高级加密标准(AEs)是美国国家标准与技术研究局宣布采用的数据加密标准，在安全性、简洁性、实现成本等方面与原有的对称加密算法相比具有一定的优势，具有广泛的应用前景。AEs的传统实现方式是采用DsP或AsIc方法，本文阐述一种基于传输触发架构(TTA)的可配置处理器实现AEs的方法，该方法在一定程度上达到性能与灵活性的折衷。本文首先介绍Tn架构可配置处理器的结构、硬件、指令集系统的特点，然后分析并用c语言实现AEs算法，根据在c*coreC310上的统计结果，分析出关键路径，将字节乘法转化为查表运算。其次，重点论述了基于传输触发架构和超长指令字(vLIw)指令结构的AEs算法并行优化方法：将密钥扩展与轮变换并行实现，综合轮变换整个过程简化数据流，并根据特殊运算定制功能单元、指令集。设计自动化是可配置处理器设计的一大难点，也是可配置处理器能够被广泛使用的必要条件。本文还重点讨论基于TTA架构处理器的RTL代码及可配置汇编器自动生成的方法。通过采用本设计实现的RTL代码自动生成软件及汇编器，自动生成了用于AEs加密的可配置处理器的RTL代码及特殊指令集汇编器。最后在仿真软件和FPGA上完成验证，结果表明进行128-bit明文，128-bit密钥的AEs加密，吞吐率为18Mbps，其性能优于一般通用处理器和DsP。由于自动生成技术，其设计周期比AsIc短，设计难度比ASIC低，而且由于采用特殊的TTA架构实现加密算法，具有抗攻击特点。但与AsIc设计相比，在速度上还存在一定差距。因此，此领域存在广阔的研究空间。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 课题的研究背景、意义  7-8
  1.2 数据加密算法  8-9
  1.3 可配置处理器  9-12
    1.3.1 工业界可配置处理器  9-10
    1.3.2 传输触发架构可配置处理器  10-12
  1.4 论文主要工作和结构  12-14
    1.4.1 本文的主要工作  12
    1.4.2 论文结构  12-14
第二章基于传输触发架构的AES算法优化  14-39
  2.1 传统AES算法分析  14-21
    2.1.1 轮变换  16-20
    2.1.2 密钥扩展  20-21
  2.2 AES性能的优化  21-39
    2.2.1 性能优化理论分析  21-22
    2.2.2 将GF（2~8）域中的字节乘法转化为查表  22-23
    2.2.3 处理器架构的定义  23-31
    2.2.4 减少明文和密钥的转置操作  31-32
    2.2.5 提高计算并行度  32-35
    2.2.6 综合轮变换整个流程  35-37
    2.2.7 定制FU  37-39
第三章可配置处理器的自动生成  39-58
  3.1 自动生成器  39-42
    3.1.1 自动生成器标准  39
    3.1.2 本项目自动生成器  39-40
    3.1.3 配置文件数据格式—XML  40
    3.1.4 硬件和汇编器的自动生成器  40-42
  3.2 可配置处理器自动生成的总体设计流程  42-43
  3.3 可配置处理器硬件的自动生成  43-52
    3.3.1 自动生成的模块  43-47
    3.3.2 硬件自动生成思路  47
    3.3.3 关键模块的自动生成  47-52
  3.4 可配置处理器汇编器的自动生成  52-55
    3.4.1 汇编语言格式  52
    3.4.2 汇编器组成及功能  52-53
    3.4.3 汇编器自动生成思路  53-55
  3.5 面向AES加密的可配置处理器的自动生成  55-58
    3.5.1 定义架构文件、配置文件  55-56
    3.5.2 自动生成  56-58
第四章验证及性能分析  58-71
  4.1 算法验证流程  58-60
  4.2 AES算法的C模型验证  60-62
  4.3 Tcore_AES汇编验证  62-71
    4.3.1 软件防真验证  62-64
    4.3.2 FPGA原形验证  64-65
    4.3.3 性能分析  65-71
第五章总结与展望  71-73
  5.1 总结  71-72
  5.2 展望  72-73
参考文献  73-76
发表论文和参加科研情况说明  76-77
致谢  77

面向AES加密的可配置处理器设计及实现

内容摘要

全文目录

相似论文