隨著云計算及物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展,傳輸與存儲的數(shù)據(jù)量急劇增加,時代的發(fā)展與進步必然會導(dǎo)致大數(shù)據(jù)的誕生。大數(shù)據(jù)的應(yīng)用也越來越廣泛,但是在傳輸、存儲及安全方面都存在諸多問題。因為大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量龐大,所以傳輸?shù)臅r間更長、需要的存儲空間更大。傳統(tǒng)的加密方案適用于簡單的文本加密,用于大數(shù)據(jù)加密其計算復(fù)雜且加密耗時極大,更重要的是傳統(tǒng)的加密方案在量子計算機問世時將不再安全。數(shù)據(jù)壓縮能夠有效的解決大數(shù)據(jù)因為數(shù)據(jù)量龐大導(dǎo)致的傳輸與存儲的問題,而格加密能有效的抗量子攻擊,在量子技術(shù)成熟時也能夠保護數(shù)據(jù)安全。本文選擇了LZ4無損數(shù)據(jù)壓縮算法與R-LWE公鑰加密算法來解決上述問題。通過對兩種算法的研究,從硬件應(yīng)用與實現(xiàn)的角度對兩種算法在算法或硬件實現(xiàn)上進行了改進,使其硬件實現(xiàn)獲得更好的性能。首先,本文針對LZ4無損數(shù)據(jù)壓縮算法在硬件實現(xiàn)中速度慢、無法持續(xù)壓縮等缺陷,然后提出了改進算法,改進算法在硬件實現(xiàn)后不僅僅資源消耗較少,而且可以實現(xiàn)高達1.92 Gb/s和2.08 Gb/s的壓縮和解壓吞吐量,分別比以往最好的壓縮機和解壓器設(shè)計快20%和47%。其次,由于加密算法中隨機數(shù)直接影響加密系統(tǒng)的安全性,因此不能使用... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
縮略詞
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 大數(shù)據(jù)安全研究現(xiàn)狀
        1.2.2 數(shù)據(jù)壓縮算法研究現(xiàn)狀
        1.2.3 數(shù)據(jù)加密算法研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排
        1.3.1 主要研究內(nèi)容
        1.3.2 論文章節(jié)安排
第二章 理論基礎(chǔ)
    2.1 數(shù)據(jù)信息量、熵和冗余度
    2.2 LZ4數(shù)據(jù)壓縮算法
        2.2.1 LZ4算法數(shù)據(jù)格式
        2.2.2 LZ4算法操作流程
    2.3 R-LWE格加密算法的理論基礎(chǔ)
        2.3.1 格的定義
        2.3.2 格上困難問題
        2.3.3 R-LWE加密算法中的多項式乘法
        2.3.4 R-LWE問題
    2.4 R-LWE公鑰加密算法
    2.5 本章總結(jié)
第三章 LZ4數(shù)據(jù)壓縮
    3.1 改進后的LZ4算法
        3.1.1 原始算法在硬件實現(xiàn)中的缺陷
        3.1.2 LZ4無損壓縮算法的改進途徑
        3.1.3 MLZ4算法計算流程
    3.2 MLZ4算法在FPGA中的硬件實現(xiàn)
        3.2.1 MLZ4壓縮算法的第一種硬件結(jié)構(gòu)
        3.2.2 MLZ4解壓縮算法的第一種硬件結(jié)構(gòu)
        3.2.3 MLZ4壓縮算法的第二種硬件結(jié)構(gòu)
        3.2.4 MLZ4解壓縮算法的第二種硬件結(jié)構(gòu)
        3.2.5 兩種硬件結(jié)構(gòu)的比較與分析
    3.3 MLZ4算法測試系統(tǒng)
    3.4 與其他FPGA實現(xiàn)的LZ算法的比較
    3.5 本章總結(jié)
第四章 真隨機數(shù)發(fā)生器
    4.1 真隨機數(shù)生成器的方案設(shè)計與論證
        4.1.1 振蕩器采樣法
        4.1.2 亞穩(wěn)態(tài)結(jié)合相位抖動
        4.1.3 鏈式振蕩環(huán)
        4.1.4 方案比較分析與選擇
    4.2 真隨機數(shù)發(fā)生器數(shù)學(xué)模型分析
        4.2.1 FPGA中的抖動
        4.2.2 異或門對鏈式振蕩環(huán)的貢獻
        4.2.3 真隨機數(shù)中的亞穩(wěn)態(tài)
        4.2.4 在FPGA中驗證
    4.3 測試系統(tǒng)框架與流程
        4.3.1 測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        4.3.2 真隨機數(shù)發(fā)生器
        4.3.3 移位寄存器與FIFO
        4.3.4 USB3.0驅(qū)動
        4.3.5 CYUSB3014開發(fā)板
        4.3.6 USB3.0上位機
    4.4 實驗結(jié)果與分析
        4.4.1 AIS31測試
        4.4.2 NIST SP800-22測試
        4.4.3 真隨機數(shù)發(fā)生器的性能分析
    4.5 本章總結(jié)
第五章R-LWE公鑰加密
    5.1 R-LWE公鑰加密算法的硬件實現(xiàn)
        5.1.1 硬件實現(xiàn)系統(tǒng)架構(gòu)
        5.1.2 多項式乘法的硬件實現(xiàn)
        5.1.3 格加密多項式乘法專用乘法器設(shè)計
    5.2 加解密驗證系統(tǒng)
    5.3 實驗結(jié)果與分析
    5.4 本章總結(jié)
第六章 基于LZ4與格加密的大數(shù)據(jù)加密算法
    6.1 基于LZ4數(shù)據(jù)壓縮與格加密的大數(shù)據(jù)加密算法設(shè)計
        6.1.1 面向大數(shù)據(jù)的加密算法
        6.1.2 面向大數(shù)據(jù)的解密算法
    6.2 面向大數(shù)據(jù)的加密算法硬件實現(xiàn)
        6.2.1 加密算法的硬件實現(xiàn)
        6.2.2 解密算法的硬件實現(xiàn)
    6.3 實驗結(jié)果與分析
    6.4 本章總結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
參考文獻
致謝
在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文


【參考文獻】：
期刊論文
[1]加密技術(shù)演變與發(fā)展[J]. 李潤啟.  網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用. 2014(03)
[2]大數(shù)據(jù)安全與隱私保護[J]. 馮登國,張敏,李昊.  計算機學(xué)報. 2014(01)
[3]大數(shù)據(jù)管理:概念、技術(shù)與挑戰(zhàn)[J]. 孟小峰,慈祥.  計算機研究與發(fā)展. 2013(01)
[4]基于格的公鑰加密體制的研究[J]. 潘平,王勵成,何萬生.  天水師范學(xué)院學(xué)報. 2012(05)
[5]架構(gòu)大數(shù)據(jù):挑戰(zhàn)、現(xiàn)狀與展望[J]. 王珊,王會舉,覃雄派,周烜.  計算機學(xué)報. 2011(10)
[6]量子計算及量子算法研究進展[J]. 王蘊,黃德才,俞攸紅.  計算機系統(tǒng)應(yīng)用. 2011(06)
[7]量子計算與量子計算機[J]. 吳楠,宋方敏.  計算機科學(xué)與探索. 2007(01)
[8]信息加密技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J]. 盧鐵城.  通信保密. 1986(03)

博士論文
[1]基于格的密碼方案的研究與設(shè)計[D]. 蔣亞麗.山東大學(xué) 2011



本文編號：3302998