隨著云計(jì)算應(yīng)用的日益推廣和天地一體化網(wǎng)絡(luò)的推進(jìn),各種應(yīng)用系統(tǒng)的用戶(hù)數(shù)和業(yè)務(wù)量海量增長(zhǎng),使其計(jì)算和存儲(chǔ)面臨著大數(shù)據(jù)處理的挑戰(zhàn),同時(shí)也對(duì)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的安全提出了迫切需求。高性能綜合密碼系統(tǒng)作為為天地一體化網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算等綜合信息網(wǎng)絡(luò)提供密碼服務(wù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,其能夠提供的密碼計(jì)算能力影響著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性能。根據(jù)綜合信息網(wǎng)絡(luò)“信道開(kāi)放、資源動(dòng)態(tài)變化、實(shí)體類(lèi)型多元、拓?fù)鋸?fù)雜”的特點(diǎn),密碼處理系統(tǒng)面臨著業(yè)務(wù)隨機(jī)多樣、安全需求多元、密碼算法多元、網(wǎng)絡(luò)資源動(dòng)態(tài)變化、鏈路信道特性各異,以及密碼服務(wù)能力不斷增長(zhǎng)的功能和性能需求。本文針對(duì)千萬(wàn)量級(jí)在線(xiàn)并發(fā)密碼作業(yè)在高性能綜合密碼系統(tǒng)上的運(yùn)算需求,深入研究了異步并發(fā)多密碼算法運(yùn)算的關(guān)鍵技術(shù),從系統(tǒng)架構(gòu)和調(diào)度算法設(shè)計(jì)兩個(gè)方面,解決多算法/多密鑰/多數(shù)據(jù)流隨機(jī)交叉加解密問(wèn)題。利用負(fù)載均衡與多線(xiàn)程技術(shù),解決密碼服務(wù)IO排隊(duì)造成的吞吐率瓶頸問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的動(dòng)態(tài)調(diào)配,解決靜態(tài)計(jì)算資源和動(dòng)態(tài)密碼服務(wù)需求之間的矛盾,提高密碼并發(fā)服務(wù)能力和高吞吐率的密碼計(jì)算能力。主要研究工作和成果如下:(1)研究密碼算法的運(yùn)算特點(diǎn),提出一種支持混合交叉業(yè)務(wù)高并發(fā)處理的異構(gòu)多密碼算法核并行處理架構(gòu)FSPP(Four-Stage Parallel Processing),單芯片可支持多算法、多密鑰、多IP核的高并發(fā)處理功能。此架構(gòu)將數(shù)據(jù)的處理分為分轉(zhuǎn)、預(yù)處理、運(yùn)算及同步重組四個(gè)階段,通過(guò)基于數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)的分級(jí)處理機(jī)制實(shí)現(xiàn)作業(yè)包與算法IP核間的映射與數(shù)據(jù)處理,增設(shè)KSM存儲(chǔ)器和KSM存取控制邏輯用于交叉訪(fǎng)問(wèn)下關(guān)聯(lián)作業(yè)包中間狀態(tài)的存取,保證混合工作模式下算法運(yùn)算狀態(tài)的全程跟蹤。通過(guò)同步隊(duì)列syn-queue和同步重組模塊syn,保證交叉訪(fǎng)問(wèn)下輸入、輸出數(shù)據(jù)間的同步。(2)針對(duì)高性能綜合信息網(wǎng)絡(luò)中海量業(yè)務(wù)安全需求的特點(diǎn),研究數(shù)據(jù)流調(diào)度算法,結(jié)合上述提出的FSPP異構(gòu)多核處理架構(gòu),提出了具有關(guān)聯(lián)判斷控制的基于業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)的分層硬件調(diào)度方法HHS-ACDID,通過(guò)兩級(jí)調(diào)度完成數(shù)據(jù)流作業(yè)包在算法簇和處理節(jié)點(diǎn)上的分配及執(zhí)行�？紤]到算法核的異構(gòu)性,為提高多密碼算法并行處理的效率,以負(fù)載均衡為調(diào)度目標(biāo),在HHS-ACDID基礎(chǔ)上,綜合考慮算法處理節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)容量和處理速度,設(shè)計(jì)了一種同時(shí)支持非關(guān)聯(lián)任務(wù)和關(guān)聯(lián)任務(wù)的負(fù)載均衡作業(yè)調(diào)度算法,提高了多業(yè)務(wù)異步并發(fā)的密碼處理吞吐率。(3)研究多任務(wù)并發(fā)同步技術(shù),針對(duì)交叉業(yè)務(wù)流的數(shù)據(jù)處理場(chǎng)合,提出一種基于索引表的多密碼算法多數(shù)據(jù)流同步處理方案。通過(guò)設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的低資源占用率的硬件同步電路,采用正在處理索引表、阻塞索引表、已處理索引表,對(duì)進(jìn)入和流出算法核的作業(yè)包業(yè)務(wù)索引號(hào)進(jìn)行記錄,實(shí)現(xiàn)作業(yè)包的流向控制,保證處理單元工作的單一性和連續(xù)性,避免軟同步方案編程復(fù)雜和可靠性低的問(wèn)題,加速了密碼業(yè)務(wù)的處理速度。在上述研究和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上,在Xilinx K7系列的XC7K325t FPGA上對(duì)方案進(jìn)行了原型實(shí)現(xiàn),通過(guò)隨機(jī)交叉業(yè)務(wù)流密碼運(yùn)算在實(shí)際多核平臺(tái)上的測(cè)試,驗(yàn)證了本文提出的異步并發(fā)多密碼算法運(yùn)算系統(tǒng)架構(gòu)和調(diào)度算法的正確性及有效性,滿(mǎn)足了高性能綜合密碼系統(tǒng)的功能和性能需求。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN918.1
【部分圖文】：

法模塊作業(yè)包寫(xiě)完成信號(hào)，從圖 4.9 可以看出此方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同業(yè)務(wù)、不同長(zhǎng)度作業(yè)包的正確調(diào)度。圖4.9 兩級(jí)調(diào)度仿真結(jié)果在原型系統(tǒng)下對(duì)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的速度進(jìn)行測(cè)試，圖 4.10 所示為 2 個(gè)和 3 個(gè) SM2核，線(xiàn)程數(shù)分別為 32、64、128 和 256 時(shí)簽名、驗(yàn)簽的速度。在某一算法處理節(jié)點(diǎn)數(shù)量不變的情況下，改變處理線(xiàn)程數(shù)，作業(yè)流的處理速度不受影響。當(dāng)增加算法的處理節(jié)點(diǎn)數(shù)量時(shí)，業(yè)務(wù)流的處理速度近似線(xiàn)性增加。圖4.10 算法核和線(xiàn)程數(shù)量不同時(shí) SM2 簽名、驗(yàn)簽速率

量不變的情況下，改變處理線(xiàn)程數(shù)，作業(yè)流的處理速度不受影響。當(dāng)增加算法的處理節(jié)點(diǎn)數(shù)量時(shí)，業(yè)務(wù)流的處理速度近似線(xiàn)性增加。圖4.10 算法核和線(xiàn)程數(shù)量不同時(shí) SM2 簽名、驗(yàn)簽速率
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 盧希;;國(guó)產(chǎn)密碼算法的安全、可信之路[J];中國(guó)建設(shè)信息化;2019年04期

2 汪亞;魏國(guó)珩;;適用于RFID的輕量級(jí)密碼算法研究綜述[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2017年01期

3 謝永泉;;我國(guó)密碼算法應(yīng)用情況[J];信息安全研究;2016年11期

4 杜之波;吳震;王敏;;針對(duì)應(yīng)用密碼算法的攻擊實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J];麗水學(xué)院學(xué)報(bào);2016年05期

5 周偉;;RSA密碼算法的研究與改進(jìn)[J];科學(xué)家;2017年14期

6 付朋俠;;推進(jìn)國(guó)產(chǎn)密碼算法應(yīng)用 實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)自主可控[J];科學(xué)家;2015年10期

7 李曼曼;陳少真;;改進(jìn)的10輪3D密碼算法的中間相遇攻擊[J];信息工程大學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

8 李洋;康緋;舒輝;;基于動(dòng)態(tài)二進(jìn)制分析的密碼算法識(shí)別[J];計(jì)算機(jī)工程;2012年17期

9 楊宏志;韓文報(bào);斯雪明;;一種新的密碼算法設(shè)計(jì)方法[J];計(jì)算機(jī)科學(xué);2010年07期

10 王秋麗;世界三次大規(guī)模密碼算法評(píng)選活動(dòng)介紹[J];信息安全與通信保密;2004年02期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李莉;異步并發(fā)的多密碼算法運(yùn)算關(guān)鍵技術(shù)研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

2 陳華;密碼算法的安全性檢測(cè)及關(guān)鍵組件的設(shè)計(jì)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（軟件研究所）;2005年

3 王云峰;基于混沌的密碼算法及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2006年

4 韋軍;混沌序列密碼算法的分析與設(shè)計(jì)[D];重慶大學(xué);2006年

5 劉景美;現(xiàn)代密碼算法分析與研究[D];西安電子科技大學(xué);2006年

6 劉泉;基于動(dòng)力學(xué)特性的混沌密碼算法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所);2014年

7 郭現(xiàn)峰;基于混沌動(dòng)態(tài)S盒的密碼算法及其應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2011年

8 海昕;密碼算法的組件設(shè)計(jì)與分析[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

9 丁林;基于NLFSR的序列密碼算法的分析方法研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2015年

10 鄭永輝;RSA密碼算法的格攻擊技術(shù)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2009年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙昱霖;密碼算法的硬件實(shí)現(xiàn)與側(cè)信道攻防技術(shù)研究[D];鄭州大學(xué);2019年

2 辛小霞;抗故障攻擊的硬件密碼算法研究與實(shí)現(xiàn)[D];湖南大學(xué);2015年

3 仵鵬博;面向眾核平臺(tái)的密碼算法優(yōu)化技術(shù)[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

4 劉劍飛;固件的密碼算法識(shí)別和缺陷檢測(cè)及其應(yīng)用[D];山東大學(xué);2018年

5 李洪超;基于密文特征的密碼算法識(shí)別研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

6 王運(yùn)文;抗高階DPA攻擊的準(zhǔn)循環(huán)MDPC碼密碼算法掩碼方案研究與實(shí)現(xiàn)[D];江蘇大學(xué);2018年

7 明暢;面向密碼算法的可重構(gòu)自動(dòng)映射方法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];東南大學(xué);2018年

8 郝江濤;面向智能終端的白盒密碼技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2018年

9 李繼中;基于相似性判定的密碼算法識(shí)別技術(shù)研究[D];解放軍信息工程大學(xué);2009年

10 李敏;密碼算法研究平臺(tái)[D];西安電子科技大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2867410