密碼芯片是各類信息安全系統(tǒng)中的重要基礎(chǔ),動(dòng)態(tài)可重構(gòu)計(jì)算技術(shù)架構(gòu)特點(diǎn)具備在密碼領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的潛力。但是,當(dāng)前動(dòng)態(tài)可重構(gòu)密碼芯片仍存在著難以兼顧靈活性、能量效率和安全性的問(wèn)題,主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:一是如何適應(yīng)密碼算法多樣性的需求,二是如何提高不規(guī)則的密碼計(jì)算流圖的執(zhí)行效率;三是如何結(jié)合可重構(gòu)計(jì)算特點(diǎn)提高芯片的硬件安全性。本論文著眼于解決動(dòng)態(tài)可重構(gòu)密碼芯片兼顧高靈活性、高能量效率和高安全性的難題。首先,分析常見密碼算法的結(jié)構(gòu)特征和可重構(gòu)性,研究典型安全協(xié)議的共性特點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上,針對(duì)動(dòng)態(tài)可重構(gòu)密碼芯片的硬件架構(gòu)開展了關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新性探索。一是提出一種面向密碼領(lǐng)域的算子及互連的設(shè)計(jì)方法,通過(guò)對(duì)基本算子量化和頻度分析,完成同構(gòu)和異構(gòu)處理單元設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)了一種可配置的置換廣播互連網(wǎng)絡(luò),通過(guò)將密碼操作與算子互連融合,增強(qiáng)芯片靈活性和能量效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,數(shù)據(jù)通路可支持安全協(xié)議所需算法,互連網(wǎng)絡(luò)相比DBN/SRBMC等同類設(shè)計(jì),工作頻率提高33%,路由單元數(shù)減少65%。二是創(chuàng)新提出基于塊劃分的全聯(lián)通陣列結(jié)構(gòu),將陣列劃分為可重構(gòu)塊、塊間通過(guò)層次型多級(jí)緩存高速交換數(shù)據(jù),有效增強(qiáng)了反饋/迭代型密碼計(jì)算的局部性...

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖1.1密碼芯片的需求指標(biāo)

負(fù)擔(dān)。一般情況下，F(xiàn)PGA的功能通過(guò)初始化時(shí)配置，運(yùn)行時(shí)不發(fā)生改變，其細(xì)粒度的結(jié)構(gòu)必然會(huì)造成配置碼規(guī)模巨大，編譯和配置過(guò)程復(fù)雜。而且FPGA的發(fā)展嚴(yán)重依賴于微電子工藝的進(jìn)步，其容量的不斷擴(kuò)大不斷考驗(yàn)著后端設(shè)計(jì)和工藝的支持。從安全性上看，F(xiàn)PGA架構(gòu)通用，因此配置代碼一旦為攻擊者獲....

圖1.3三種計(jì)算方式的比較

第1章緒論6圖1.3三種計(jì)算方式的比較由圖1.3可以看出，在相同設(shè)計(jì)條件下，采用可重構(gòu)計(jì)算方式來(lái)設(shè)計(jì)芯片，由于其基本計(jì)算單元有冗余度、配置過(guò)程帶來(lái)?yè)p耗，使得此類芯片規(guī)模和效率略低于專用集成電路的性能，但是靈活性上更有優(yōu)勢(shì)；與通用處理器比，靈活性上略差，但是單位面積的性能更高，性價(jià)....

圖2.2GCM工作方式

第2章典型密碼算法重構(gòu)特性分析14在整個(gè)算法執(zhí)行過(guò)程中，并不總是等于分組的長(zhǎng)度。在一輪運(yùn)算中，完整長(zhǎng)度的分組數(shù)據(jù)通常會(huì)分解為數(shù)據(jù)子塊進(jìn)行操作，這些數(shù)據(jù)子塊的位寬包括位、字節(jié)、半字、字、雙字等等。關(guān)于分組算法本身的描述，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文件中已經(jīng)足夠詳盡[73]，在此不贅述。分組算法最基本....

圖2.4HMAC運(yùn)算過(guò)程

第2章典型密碼算法重構(gòu)特性分析19SHA-3843842128－110246480SHA-5125122128－110246480SHA-3(256)256無(wú)限制10886424SHA-3(384)384無(wú)限制8326424SHA-3(512)512無(wú)限制5766424與分組算法....

本文編號(hào)：4037208