RISC结构专用指令密码处理器研究与设计

发布时间：2020-08-15 10:37

【摘要】： 传统上实现密码算法都是采用专用密码芯片和通用微处理器两种途径。专用密码芯片由于针对固定算法进行加密,速度快但灵活性较差;而通用微处理器虽然具有很大的灵活性,但密码处理速度较低。本文针对上述矛盾在RISC通用微处理器架构的基础上,研究并设计能高效实现分组密码算法的专用指令密码处理器。 论文分析了RISC处理器在实现密码算法中存在的问题,结合密码应用的特殊要求,提出了RISC结构专用指令密码处理器融合型结构模型。该融合型结构对RISC结构进行了全新设计,融合了密码处理功能,能够有效地提高密码处理性能。 论文扩展了一类专用密码运算指令,高效实现了分组密码处理中的S盒代替、比特置换、移位、有限域GF(2~8)域上矩阵乘法和算术模运算操作,大幅度提升了指令的执行效率;论文设计了一种能够灵活寻址的混合存储结构,对数据采取数据存储单元和专用存储单元共同存储的方式,加快了处理器对数据的访问速度;论文研究了密码处理中的资源相关、数据相关及控制相关问题,构造了适合密码运算的5级流水线结构,最后基于FPGA进行了实现。 论文使用专用软硬件验证系统对实现结果进行了系统验证和性能分析。结果表明,本文所设计的RISC结构专用指令密码处理器可以灵活、高效地实现分组密码算法,能够满足分组密码处理的需求。
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP332
【图文】：

通用微处理器对置换操作的实现一般采用逻辑操作方式，逻辑操作方式就是采用AND、OR、SHIFT等简单逻辑指令实现复杂的比特置换操作。在这种情况下，每lbit进行置换，需要进行以下四步操作，指令操作示意图见图3.7:(l)计算移动到目标比特位置的位移量(2)提取相应比特(AND指令)(3)将该比特移至相应位置(S川FT指令)(4)存储到相应寄存器中(OR指令)第24贞

2bit置换实现

低低32bittt置换高高32bittt图3.932bit置换实现置换组密码算法的分组宽度越来越大，如何用Nx的置换，就成为一个关键问题。例如Serpeni举例说明如何在NxN的置换单元上完成ZNx换指令执行ZNbit置换时的主导思想就是:首，然后再进行这Nbit寄存器内部的比特置换。置换后的结果分别存放在Rdl、RdZ中。图it置换网络实现ZNbit置换的，操作过程如下

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本文编号：2793996