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比特置换网络及其在密码处理器中的应用研究

作　者: 向楠
导　师: 戴紫彬
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 军事通信学
关键词: 比特置换指令系统分组密码 RISC VLIW 多级互连网络
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 55次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

比特置换是分组密码处理的基本操作,在密码算法中得到了广泛的应用。然而比特置换作为典型的位级操作,在处理器中实现困难、效率很低。比特置换是通用处理器实现分组密码算法的重要瓶颈之一,极大地制约了通用处理器实现分组密码处理的性能。论文分析研究了分组密码处理中的比特置换操作特点、实现技术,深入研究了RISC处理器体系结构,结合RISC架构处理器处理分组密码算法的特点,借鉴通信交换网络及其路由算法方面的研究方法和成果,设计实现了基于LPS网络的基本比特置换指令,并且研究了指令的扩展性,在N×N系统上实现2N×2N的比特置换。硬件电路实现了两级2×2开关,能以不多于log₂N条的指令完成任意N×N的比特置换操作。出于对更高效率的追求,论文构造了一种三个源操作数一个目的操作数的比特置换指令,硬件实现了四级2×2开关,能以（?）log2N/2（?）条指令完成任意的N×N置换。论文通过分析VLIW结构处理器的特点,研究了VLIW结构密码处理器的总体结构。基于Batcher网络和Benes网络,为VLIW结构分组密码协处理器构造了一种专用比特置换指令,能够实现128位的任意比特置换,支持分裂模式的置换操作,能够实现基于立即数的字节置换、字置换操作。完成同种功能,资源占用仅是用N个N选1方法的10.2%。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-10
第1章绪论  10-13
  1.1 研究动机及意义  10-11
    1.1.1 研究动机  10-11
    1.1.2 研究意义  11
  1.2 课题的研究内容及创新点  11-12
    1.2.1 研究内容  11
    1.2.2 本文的创新点  11-12
  1.3 论文结构安排  12-13
第2章置换操作及实现研究  13-18
  2.1 分组密码处理中的置换操作  13-14
    2.1.1 分组密码算法  13-14
    2.1.2 分组密码算法中的置换操作研究  14
  2.2 通用处理器置换操作实现研究  14-16
  2.3 国内外研究现状  16-17
  2.4 本章小结  17-18
第3章 RISC处理器扩展比特置换指令研究  18-34
  3.1 RISC结构处理器研究  18-19
  3.2 LPS网络  19-23
    3.2.1 LPS网络  19-20
    3.2.2 LPS网络路由算法  20-23
  3.3 基本比特置换指令  23-29
    3.3.1 指令设计  23-25
    3.3.2 硬件实现和性能分析  25-26
    3.3.3 可扩展性研究  26-29
  3.4 特殊比特置换指令  29-33
    3.4.1 指令设计  30-32
    3.4.2 硬件实现和性能分析  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章 VLIW结构密码处理器专用比特置换指令设计  34-52
  4.1 VLIW结构处理器  34-36
    4.1.1 VLIW结构处理器  34-35
    4.1.2 VLIW结构分组密码协处理器  35-36
  4.2 比特置换网络  36-40
    4.2.1 基于Batcher网络的比特置换网络  36-37
    4.2.2 基于Benes网络的比特置换网络  37-40
  4.3 指令设计  40-44
    4.3.1 128×128置换指令  41
    4.3.2 64×64置换指令  41-42
    4.3.3 32×32置换指令  42-43
    4.3.4 置换配置指令  43
    4.3.5 前后异或指令  43-44
  4.4 硬件电路设计  44-49
    4.4.1 总体电路描述  44-45
    4.4.2 比特置换网络电路结构  45-46
    4.4.3 静态配置寄存器堆电路  46-48
    4.4.4 配置数据选择模块  48
    4.4.5 前后异或模块  48-49
    4.4.6 实现结果  49
  4.5 短字置换  49-51
  4.6 本章小结  51-52
第5章总结与展望  52-54
  5.1 总结  52
  5.2 展望  52-54
参考文献  54-57
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  57-58
致谢  58

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