基于FPGA的Keccak算法故障检测系统研究与设计

发布时间：2023-11-20 18:00

　　散列函数作为现代密码学的重要组成部分,为许多流行的互联网协议和安全应用提供了基础加密算法。因为结构独特、安全性高、软硬件实现性能强、兼容性好等优点,Keccak算法于2015年被美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)正式采用为新的散列函数标准,即第三代安全散列算法(Secure Hash Algorithm-3,SHA-3)。考虑到集成电路和Keccak算法均对故障极为敏感,如何保障Keccak加密电路在运算过程中免受自然或人为的故障攻击,成为Keccak算法在实际应用中必须解决的问题之一。论文在充分研究Keccak算法的基础上,使用硬件语言完成对算法的高性能实现。并在时间冗余方案的基础上设计了双冗余码方案故障检测方案。相较于结构冗余方案,时间冗余方案不会导致电路资源的过多消耗,但是会有无法检测永久性故障和吞吐率大幅降低的缺点。本文针对Keccak算法特点提出了动态校验冗余码(Dynamic Redundancy Check,DRC)用于检测永久性故障,并采用流水线设计减少了本方案对时间资源的开...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文研究内容及组织架构
第二章 Keccak算法标准介绍
    2.1 填充规则
    2.2 海绵结构
    2.3 三维状态矩阵
    2.4 置换函数
        2.4.1 Theta(θ)step
        2.4.2 Rho(ρ)step
        2.4.3 Pi(π)step
        2.4.4 Chi(χ)step
        2.4.5 Iota(ι)step
    2.5 Keccak算法安全性
        2.5.1 通用安全属性
        2.5.2 置换函数雪崩效应
    2.6 本章小结
第三章 故障检测方案设计
    3.1 引言
    3.2 动态校验冗余码
        3.2.1 动态校验冗余自变量
        3.2.2 动态故障检测
        3.2.3 动态校验冗余函数
    3.3 时间冗余码
    3.4 双冗余码方案安全性分析
    3.5 本章小结
第四章 Keccak故障检测系统的FPGA设计
    4.1 FPGA及其开发流程简介
    4.2 三级流水线
    4.3 整体硬件架构设计
        4.3.1 无故障检测Keccak架构
        4.3.2 含故障检测的系统架构
    4.4 填充模块
        4.4.1 端口说明
    4.5 置换函数模块
        4.5.1 Keccak轮函数RTL设计
        4.5.2 端口说明
    4.6 故障检测模块
        4.6.1 编码匹配子模块
        4.6.2 动态校验冗余码生成子模块
        4.6.3 端口说明
    4.7 本章小结
第五章 故障研究及其验证系统
    5.1 故障模型
    5.2 基于FPGA的故障建模
    5.3 故障覆盖率验证平台设计
    5.4 本章小结
第六章 PFGA实现及故障分析结果
    6.1 FPGA实现结果
        6.1.1 Keccak算法的FPGA实现结果
        6.1.2 故障检测架构的FPGA实现结果
    6.2 故障覆盖率仿真结果分析
    6.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3865554