發(fā)布時(shí)間：2022-11-05 07:58

　　物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的泄密隱患是一個(gè)亟待解決的安全問題,物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間通信的加密手段多為通用處理器加密和定制算法模塊加密兩種,但兩者分別存在加密性能低和靈活性不足的缺點(diǎn)。RISC-V架構(gòu)的專用指令密碼處理器具有較高的加密性能和對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境良好的適應(yīng)性,能很好地滿足物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的信息加密需求。本文基于RISC-V架構(gòu)設(shè)計(jì)了專用密碼指令集,主要工作如下:提出了基于指令流圖的擴(kuò)展指令搜索算法,通過對(duì)指令流圖和子圖進(jìn)行精確的數(shù)學(xué)定義,把擴(kuò)展指令設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為子圖劃分的圖論問題;基于模擬退火法設(shè)計(jì)了子圖搜索算法,直接將密碼算法處理性能作為優(yōu)化目標(biāo),使求解過程具有子圖篩選功能,節(jié)省了人工適配篩選的工作量。使用子圖搜索算法分析了13種典型分組、序列密碼算法,分析篩選出的各類子圖的特性,確定子圖的指令實(shí)現(xiàn)和硬件實(shí)現(xiàn)方案;設(shè)計(jì)了密碼指令的格式擴(kuò)展,通過設(shè)置源目的寄存器和寄存器偏移量,增加了單指令吞吐率上限,能有效提升密碼指令性能,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出40多條擴(kuò)展指令,構(gòu)建了精簡高效的專用密碼指令集。針對(duì)密碼算法中換位操作較多的情況設(shè)計(jì)了組合換位模塊,可根據(jù)換位網(wǎng)絡(luò)的迭代特性實(shí)現(xiàn)短字移位和級(jí)聯(lián)移位操作;能依據(jù)配置信息量將置換... 

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)
        1.3.1 研究內(nèi)容
        1.3.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)
    1.4 論文結(jié)構(gòu)安排
第二章 RISC-V處理器擴(kuò)展密碼指令相關(guān)技術(shù)研究
    2.1 RISC-V架構(gòu)特性研究
        2.1.1 RISC處理器特性研究
        2.1.2 RISC-V指令集架構(gòu)研究
    2.2 擴(kuò)展指令提取相關(guān)算法研究
        2.2.1 指令提取的圖論問題分析
        2.2.2 啟發(fā)式算法研究
    2.3 專用密碼指令的擴(kuò)展ALU模型設(shè)計(jì)
        2.3.1 密碼處理器流水線結(jié)構(gòu)
        2.3.2 擴(kuò)展ALU模型設(shè)計(jì)
    2.4 本章小結(jié)
第三章 基于指令流圖的擴(kuò)展指令搜索方法研究
    3.1 指令流圖構(gòu)建方法研究
        3.1.1 剪枝與拼接方法研究
        3.1.2 分支邏輯消除方法研究
    3.2 面向擴(kuò)展指令的子圖評(píng)價(jià)方法研究
        3.2.1 指令子圖的評(píng)價(jià)指標(biāo)研究
        3.2.2 連接結(jié)點(diǎn)的處理方法研究
    3.3 子圖搜索算法研究與設(shè)計(jì)
        3.3.1 子圖搜索的目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)
        3.3.2 子圖搜索算法設(shè)計(jì)
    3.4 本章小結(jié)
第四章 基于子圖分析的專用密碼指令設(shè)計(jì)
    4.1 面向樣本對(duì)稱密碼算法的子圖生成
        4.1.1 對(duì)稱密碼算法基本操作分析
        4.1.2 樣本算法生成子圖分析
    4.2 樣本算法子圖種類及實(shí)現(xiàn)方法研究
        4.2.1 向量訪存類子圖
        4.2.2 XTIME類子圖
        4.2.3 置換類子圖
        4.2.4 自異或類子圖
        4.2.5 移位類子圖
        4.2.6 后異或類子圖
        4.2.7 乘法子圖
    4.3 RISC-V架構(gòu)專用密碼指令設(shè)計(jì)
        4.3.1 專用密碼指令格式擴(kuò)展
        4.3.2 專用密碼指令設(shè)計(jì)
    4.4 本章小結(jié)
第五章 專用密碼指令硬件設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究
    5.1 換位類指令模塊研究與設(shè)計(jì)
        5.1.1 置換操作實(shí)現(xiàn)方法研究
        5.1.2 移位操作實(shí)現(xiàn)方法研究
        5.1.3 RISC-V處理器組合換位單元設(shè)計(jì)
    5.2 基于S盒查表的向量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        5.2.1 RISC-V處理器存儲(chǔ)特性分析
        5.2.2 S盒操作特性研究
        5.2.3 向量存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計(jì)
    5.3 本章小結(jié)
第六章 功能驗(yàn)證與性能分析
    6.1 測試環(huán)境與測試方法設(shè)計(jì)
        6.1.1 專用密碼處理器設(shè)計(jì)
        6.1.2 軟硬協(xié)同驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)
        6.1.3 密碼處理器測試流程
        6.1.4 處理器性能分析方法
    6.2 專用密碼指令功能驗(yàn)證
        6.2.1 SM4分組算法功能驗(yàn)證
        6.2.2 AES分組算法功能驗(yàn)證
        6.2.3 A5-1序列算法功能驗(yàn)證
    6.3 專用密碼處理器性能分析
        6.3.1 密碼算法指令條數(shù)分析
        6.3.2 密碼處理器性能分析
    6.4 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
    7.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
作者簡歷


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]新型可重構(gòu)移位-置換單元研究與設(shè)計(jì)[J]. 馬超,李偉,戴紫彬,馮曉.  電子學(xué)報(bào). 2017(05)
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[6]面向物聯(lián)網(wǎng)的SM4算法輕量級(jí)實(shí)現(xiàn)[J]. 朱坤崧,戴紫彬,張立朝,李偉,朱偉民.  電子技術(shù)應(yīng)用. 2016(12)
[7]基于龍芯處理器的自主可信計(jì)算機(jī)研究[J]. 趙斌,楊明華,柳偉,馮磊,路永軻.  計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展. 2015(03)
[8]一種高效的凸連通子圖枚舉算法[J]. 薄拾,葛寧,林孝康.  軟件學(xué)報(bào). 2010(12)
[9]一種基于BENES網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)比特置換系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 向楠,戴紫彬,徐勁松.  計(jì)算機(jī)工程. 2007(22)
[10]AES/Rijndael算法協(xié)處理器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 徐志軍,周順,謝波.  電路與系統(tǒng)學(xué)報(bào). 2007(04)

博士論文
[1]32位RISC微處理器設(shè)計(jì)研究[D]. 夏軍.華中科技大學(xué) 2004

碩士論文
[1]RISC結(jié)構(gòu)專用指令密碼處理器研究與設(shè)計(jì)[D]. 張琰.解放軍信息工程大學(xué) 2008
[2]RISC架構(gòu)微處理器擴(kuò)展對(duì)稱密碼處理指令的研究[D]. 劉元鋒.解放軍信息工程大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3702209