橢圓曲線密碼處理器是橢圓曲線密碼實現(xiàn)的重要方式,橢圓曲線密碼處理器關鍵技術研究具有重要理論和實踐意義。同課題組已有一款支持雙域576比特以內曲線長度的橢圓曲線密碼處理器,其在同類處理器中性能突出,但是資源消耗巨大。本文基于此款橢圓曲線密碼處理器,以優(yōu)化性能資源比為目標,從橢圓曲線密碼處理特征入手,針對橢圓曲線密碼處理器體系結構和運算單元兩個方面開展研究。論文研究了在仿射坐標下實現(xiàn)點加和倍點的調度特征,建立了點加和倍點調度優(yōu)化模型,提出了異構雙路并行的處理器體系結構;在此基礎上研究了超長指令字(Very Long Instrustion Word,VLIW)指令面向橢圓曲線密碼應用適配特點,吸收超標量結構亂序執(zhí)行思想,提出了一種VLIW-matrix指令執(zhí)行模式;針對異構雙路并行結構和VLIW-matrix指令執(zhí)行模式,提出了分層分簇式存儲結構,設計了分層式寄存器堆和向量結構存儲器,能夠有效提高數(shù)據(jù)調度效率,提升了橢圓曲線密碼處理器處理性能。論文研究了橢圓曲線密碼處理器運算單元設計,采用在仿射坐標下優(yōu)化模除運算的設計思路,提出了雙比特掃描模除算法,設計了高速模除單元;隨后提出了雙比特掃描模乘算法,設計了基于加法器的模乘單元;最后,對模除和模乘單元結構進行了統(tǒng)一,設計了以模除結構為基礎、可以實現(xiàn)有限域全部運算、功能可裁剪的統(tǒng)一功能單元。理論和實驗評估表明,基于本文優(yōu)化的模除、模乘單元,在仿射坐標下實現(xiàn)點加和倍點超過了投影坐標下實現(xiàn)性能,且功能單元資源極大縮減。最后,本文對提出的橢圓曲線密碼處理器體系結構和運算功能單元進行了實現(xiàn),并從軟件模擬、硬件仿真、FPGA驗證等不同層面進行了系統(tǒng)驗證。性能對比結果表明,本文的設計優(yōu)化達到了保持較高性能下優(yōu)化資源的設計初衷,以原處理器38%的資源實現(xiàn)了94%的性能,為設計高效的橢圓曲線密碼處理器提供了新的設計思路和實現(xiàn)技術。
【學位單位】：解放軍信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TN918.2

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

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本文編號：2819930