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面向分组密码处理的可重构设计技术研究

作　者: 杨晓辉
导　师: 戴紫彬
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 密码处理可重构分组密码可重构密码处理模型可重构密码处理元素算法映射
分类号: TN918
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 78次
引　用: 7次
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内容摘要

采用可重构计算技术来设计密码处理系统,使同一硬件能够高效灵活的支持密码应用领域内的多种算法。同时满足了对性能和灵活性的要求,提高了密码系统的安全性,在军事以及商业等领域具有很大的应用价值。论文针对分组密码处理应用领域,结合了可重构结构的设计思想和方法,完成的主要工作和研究成果如下:论文深入分析了现有的主要分组密码算法操作特征以及处理结构特点,结合可重构处理结构的设计方法,提出了一种可重构密码处理结构模型RCPA。该模型的设计特点是粗粒度、混合型互连网络、类VLIW/EPIC计算模型、动态与静态配置相结合的可重构处理结构。论文研究了分组密码处理基本元素重构技术,设计了可重构密码处理元素RCE。RCE可根据配置指令进行重构,灵活完成不同算法所需的运算功能。经FPGA验证以及ASIC的综合结果表明RCE在设计上不仅具有较优的性能还具有较高的灵活性,满足了绝大多数分组密码算法的需求。论文分析了多种常见的分组密码算法在可重构密码处理模型RCPA上的映射,并设计实现了一款基于RCPA模型的验证原型。该原型在FPGA上成功进行了模拟验证并完成了在0.18μm CMOS工艺标准单元库下逻辑综合以及布局布线工作。实验结果表明,在RCPA验证原型上执行的分组密码算法都可达到较高的性能。对于大多数分组密码算法,其密码处理速度与通用高性能微处理器处理速度相比提高了10～20倍;与其它一些专用可重构密码处理结构处理速度相比提高了1.1～5.1倍。结果说明本文研究的RCPA模型既能保证分组密码算法应用的灵活性,又能够达到较高的性能。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-8
第一章绪论  8-16
  1.1 研究动机和思路  8-9
    1.1.1 研究动机  8
    1.1.2 研究思路  8-9
  1.2 可重构密码处理  9-13
    1.2.1 可重构计算的概念及其特征  9-10
    1.2.2 可重构密码处理研究现状  10-12
    1.2.3 可重构密码处理研究意义  12-13
  1.3 研究内容以及创新之处  13-14
    1.3.1 研究内容  13-14
    1.3.2 主要创新点  14
  1.4 论文安排  14-16
第二章分组密码算法处理结构分析  16-23
  2.1 分组密码算法简介  16
  2.2 分组密码算法的一般结构  16-19
    2.2.1 分组密码算法的数学模型  16-17
    2.2.2 分组密码的整体结构特征  17-19
  2.3 分组密码基本操作分析  19-22
    2.3.1 分组密码的基本操作总结  19-22
    2.3.2 分组密码算法处理结构特点  22
  2.4 本章小结  22-23
第三章面向分组密码的可重构处理模型的研究与设计  23-38
  3.1 可重构分组密码处理模型设计的关键问题  23-27
    3.1.1 重构粒度  23-24
    3.1.2 互连网络  24-25
    3.1.3 计算模型  25-26
    3.1.4 编程深度与配置策略  26-27
  3.2 可重构密码处理模型设计  27-34
    3.2.1 可重构密码处理模型 RCPA概述  28-29
    3.2.2 可重构密码处理单元 RCU  29-30
    3.2.3 互连模块 ICM  30-32
    3.2.4 存储模块 MAM  32
    3.2.5 配置控制模块 CCM  32-34
  3.3 RCPA模型性能分析  34-36
  3.4 本章小结  36-38
第四章可重构密码处理元素 RCE研究与设计  38-60
  4.1 移位单元研究与设计  38-42
    4.1.1 实现原理研究  38-40
    4.1.2 电路设计  40-42
  4.2 有限域 GF(2~8)乘法单元研究与设计  42-45
    4.2.1 实现原理研究  42-43
    4.2.2 电路设计  43-45
  4.3 模加/减单元研究与设计  45-48
    4.3.1 实现原理研究  45-46
    4.3.2 电路设计  46-48
  4.4 模乘单元研究与设计  48-53
    4.4.1 实现原理研究  48-51
    4.4.2 电路设计  51-53
  4.5 S盒替代单元研究与设计  53-56
    4.5.1 实现原理研究  53-54
    4.5.2 电路设计  54-56
  4.6 置换单元研究与设计  56-59
    4.6.1 实现原理研究  56-57
    4.6.2 电路设计  57-59
  4.7 本章小结  59-60
第五章 RCE实现与性能分析  60-63
  5.1 RCE单元基于 FPGA的综合  60-61
  5.2 RCE模块基于 ASIC的综合  61
  5.3 RCE单元性能分析  61-62
  5.4 本章小结  62-63
第六章 RCPA上的算法映射与实现验证  63-72
  6.1 RCPA上分组密码算法映射举例  63-66
    6.1.1 DES算法在 RCPA上的映射  64-65
    6.1.2 Rijndael算法在 RCPA上的映射  65-66
  6.2 RCPA算法映射性能分析  66-68
  6.3 基于 RCPA的一种验证原型设计实现  68-71
    6.3.1 验证原型设计  68-69
    6.3.2 实现结果  69-70
    6.3.3 仿真验证  70-71
  6.4 本章小结  71-72
第七章总结与展望  72-74
  7.1 总结  72
  7.2 展望  72-74
参考文献  74-78
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  78-80
致谢  80

面向分组密码处理的可重构设计技术研究

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