一种面向流密码算法的粗粒度可重构架构的设计和优化

发布时间：2021-12-11 06:17

　　可重构密码处理器兼具了通用微处理器的灵活性和专用密码芯片的高效性,在计算灵活度和计算效率这两个关键指标间取得了很好的平衡。流密码算法在密码算法体系中占有重要一席,本文设计了一种能高效实现多种流密码算法的粗粒度可重构密码处理器结构,主要研究内容如下:（1）、针对不同流密码算法中反馈移位寄存器结构多变的特点,本文对反馈移位寄存器的多个参数进行了统计分析,研究并提出了一种级数、个数、抽头位置和抽头个数可重构的反馈移位寄存器结构,采用统一硬件结构实现了多种流密码算法。（2）、本文基于对多种流密码算法非线性函数中基本操作类型和数据特征的分析,定制了支持单周期多操作计算的可重构功能单元。针对非线性函数对反馈移位寄存器存在数据依赖导致的性能瓶颈问题,本文研究并设计了一种能够实现超前抽取、流水化运算的可重构阵列结构,提高了算法的实现性能。本文在FPGA平台上对所设计的流密码可重构处理器进行了原型实现和验证,并在其上映射实现了Trivium、ZUC和SNOW3G三种算法。实验结果表明,此三种算法的性能分别达到了1.31Gbp/s、2.18Gbp/s和3.26Gbp/s。与传统的单比特串行实现结构相比,T... 

【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

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84101102RLU103RLU104RSU113FSR33FSR34RLU114e1RLU94937172PASS83RLU81RLU82d3FSR3更新数据流图密钥生成数据流图84图 5-3 Trivium 算法数据流图使用 Modelsim 软件仿真验证 Trivium 算法在可重构结构上实现的功能正确性，算法生成的密钥流仿真结果如图5-4所示。80bit初始密钥Key：0xaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa;80b初始化向量 IV：0x55555555555555555555;生成密钥流：0x6e139b97、0x35181e94……

图 5-7 ZUC 算法仿真结果.2.3 SNOW3G 算法的映射实现SNOW3G 算法由一个包含 16 个 32bit 单元的 LFSR 和非线性函数组成，如图 5-8 所。S16S15S14S13S12S11S10S9S8S7S6S5S4S3S2S1a-1R1R3WFZLFSRR2aS1S2


本文编号：3534162