【摘要】：隨著密碼學理論和分布式網(wǎng)絡的發(fā)展,區(qū)塊鏈技術進入了高速發(fā)展的時期。區(qū)塊鏈的典型應用——數(shù)字貨幣,如雨后春筍般涌現(xiàn)開來。區(qū)塊鏈技術就是建立在密碼學的基礎上,實現(xiàn)去中心化的分布式網(wǎng)絡結構。在整個區(qū)塊鏈中,核心就是哈希值的計算。計算出有效哈希之后,才可以建立新的區(qū)塊。在區(qū)塊鏈中,計算哈希值應用最為廣泛的算法是SHA256算法。SHA256算法內(nèi)部的執(zhí)行過程就是整體的循環(huán)迭代,本次的循環(huán)迭代結果作為下次迭代的結果的輸入數(shù)據(jù)。這樣就形成了整個算法的嚴重前后依賴。并且,算法內(nèi)部主要是邏輯操作指令,存在大量的指令冗余。本文的研究內(nèi)容主要是針對SHA256算法指令冗余和串行執(zhí)行兩個方面進行優(yōu)化。本文主要的研究內(nèi)容:1.對SHA256算法進行指令優(yōu)化在指令優(yōu)化這一章節(jié)中,著眼于SHA256算法的整體循環(huán)過程中,提出了常量和變量的分離,來減少常量的無效傳輸造成的算力浪費;針對算法中兩次大量循環(huán)的函數(shù),設計并實現(xiàn)了 SHA256算法的特制指令,大幅度的減少了整個算法執(zhí)行過程中指令的數(shù)目,加快了算法的執(zhí)行效率;最后,由于有效哈希的判斷需要通過兩個判斷條件,但是兩個條件滿足的可能性具有很大不同。所以將兩個判斷條件進行了分離,同時設計并實現(xiàn)了 SHA256算法特制的判斷指令。2.SHA256算法流水計算的實現(xiàn)SHA256算法在實際的執(zhí)行過程中,是多次迭代的過程,每次迭代使用的數(shù)據(jù)是上次迭代的結果,兩次迭代存在一種嚴重的數(shù)據(jù)依賴。因此,SHA256算法整個執(zhí)行過程是串行執(zhí)行的,無法進行并行計算。但是,在實際應用過程中,SHA256是需要多次執(zhí)行的,因此流水計算能夠應用在SHA256算法的執(zhí)行過程中。并且,實驗中是將SHA256算法分解成數(shù)據(jù)流圖進行計算的�；谶@個前提,設計并實現(xiàn)了 ACK機制,通過ACK機制,實現(xiàn)數(shù)據(jù)流圖中部分節(jié)點的并行計算,提高了整個算法的執(zhí)行效率。3.多任務錯位映射法的應用再完成指令優(yōu)化和實現(xiàn)流水計算之后,將算法映射在片上網(wǎng)絡之后,實際的部件利用率還是很低。問題的本質(zhì)就是因為SHA256算法存在依賴,PE空閑率高。針對片上網(wǎng)絡的部件空閑率高的情況,提出了多任務錯位映射的優(yōu)化方案,在片上網(wǎng)絡中映射多任務,進行錯位映射。通過這種方法將空閑的算力利用起來,提高片上網(wǎng)絡的部件利用率。
【圖文】：

基于片上網(wǎng)絡的ＳＨＡ２５６算法優(yōu)化逡逑而８個哈希初始值是對自然數(shù)的前８個質(zhì)數(shù)進行取平方根的小數(shù)部分的前逡逑３２ｂｉｔ，作為哈希值的初始值。８個哈希值如圖１．４所示：逡逑１邐Ｈ（０）０邋＝邋６ａ０９ｅ６６７逡逑２邐Ｈ（０）１邋＝邋ｂｂ６７ａｅ８５逡逑Ｈ｛０）２邋＝邋３ｃ６ｅｆ３７２逡逑４邐Ｈ（０）３邋＝邋ａ５４ｆｆ５３ａ逡逑Ｈ（０）４邋＝邋５１０ｅ５２７ｆ逡逑Ｈ（０）５邋＝邋９ｂ０５６８８ｃ逡逑Ｈ（０）６邋＝邋Ｉｆ８３ｄ９ａｂ逡逑Ｈ｛０）７邋＝邋５ｂｅ０ｃｄｌ９逡逑圖１．４哈希初值逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｈａｓｈ邋ｉｎｉｔｉａｌ邋ｖａｌｕｅ逡逑在ＳＨＡ２５６算法中，整個算法所進行的操作基本上是都是邏輯運算。逡逑ＳＨＡ２５６算法使用到邏輯函數(shù)如圖１．５所示：逡逑１邐ＣＨ邋Ｃ邋ｘ，邋ｙ＃邋ｚ）邋＝邋（ｘ邋ＡＮＤ邋ｙ）邋ＸＯＲ邋（邋（ＮＯＴ邋ｘ）邋ＡＮＤ邋ｚ）逡逑２邐ＭＡＪ（邋ｘ

通過這個公式就可以得到６４個中間變量。然后，會進行６４次的循環(huán)，才逡逑完成一次迭代。在這６４次循環(huán)中，就是使用之前介紹那些邏輯函數(shù)，，對哈希值逡逑進行邏輯操作。每次循環(huán)如圖１．９所示：逡逑ｆＡ邋｜邋Ｂ邋｜邋Ｃ邋１邋Ｄ邋１邋Ｅ邋｜邋Ｆ邋１邋Ｇ邋１邋Ｈ邋｜逡逑ＩＩ邋￣￣邐｜邋￣￣邐Ｗ，逡逑—＝＝１邐一＾１．；邋ＥＨ－逡逑邐ＨＵＢ—三彐逡逑Ｅ３－邐邐—逡逑—＝＝＝＝＝－邐二，：Ｍａ邋－Ｅ３逡逑邐…彐逡逑、、Ｘ邋Ｘ邋Ｘ邐Ｘ－．邐邐邐邐邐逡逑ｖ－、．、逡逑ｌＡｌＢｌＣｌＤｌＥｌＦ邋１邋Ｇ邋Ｉ邋Ｈ￣ｌ逡逑圖１．９邏輯操作圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．９邋Ｌｏｇｉｃａｌ邋Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ邋Ｄｉａｇｒａｍ逡逑圖中的ＡＢＣＤＥＦＧＨ是哈希值Ｈ（ｉ）８個３２ｂｉｔ的分量。完成一次循環(huán)之后，逡逑哈希值的每個分量都會按照一定的規(guī)則進行更新，這樣就形成了整個哈希值的逡逑更新。經(jīng)過６４次循環(huán)之后，就完成了本次迭代，形成了新的哈希值Ｈ。經(jīng)過Ｎ逡逑次迭代之后，最終的到Ｈ（Ｎ）就是ＳＨＡ２５６算法的消息摘要。逡逑通過對ＳＨＡ２５６算法的簡單介紹和分析，我們可以發(fā)現(xiàn)在算法的計算過程逡逑中
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院人工智能學院)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN47;TP311.13

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本文編號：2590704