动态可重构密码芯片关键技术研究

发布时间：2025-03-20 02:04

　　密码芯片是各类信息安全系统中的重要基础,动态可重构计算技术架构特点具备在密码领域广泛应用的潜力。但是,当前动态可重构密码芯片仍存在着难以兼顾灵活性、能量效率和安全性的问题,主要体现在三个方面:一是如何适应密码算法多样性的需求,二是如何提高不规则的密码计算流图的执行效率;三是如何结合可重构计算特点提高芯片的硬件安全性。本论文着眼于解决动态可重构密码芯片兼顾高灵活性、高能量效率和高安全性的难题。首先,分析常见密码算法的结构特征和可重构性,研究典型安全协议的共性特点。在此基础上,针对动态可重构密码芯片的硬件架构开展了关键技术的创新性探索。一是提出一种面向密码领域的算子及互连的设计方法,通过对基本算子量化和频度分析,完成同构和异构处理单元设计;设计了一种可配置的置换广播互连网络,通过将密码操作与算子互连融合,增强芯片灵活性和能量效率。实验结果表明,数据通路可支持安全协议所需算法,互连网络相比DBN/SRBMC等同类设计,工作频率提高33%,路由单元数减少65%。二是创新提出基于块划分的全联通阵列结构,将阵列划分为可重构块、块间通过层次型多级缓存高速交换数据,有效增强了反馈/迭代型密码计算的局部性...

【文章页数】：122 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1密码芯片的需求指标

负担。一般情况下，FPGA的功能通过初始化时配置，运行时不发生改变，其细粒度的结构必然会造成配置码规模巨大，编译和配置过程复杂。而且FPGA的发展严重依赖于微电子工艺的进步，其容量的不断扩大不断考验着后端设计和工艺的支持。从安全性上看，FPGA架构通用，因此配置代码一旦为攻击者获....

图1.3三种计算方式的比较

第1章绪论6图1.3三种计算方式的比较由图1.3可以看出，在相同设计条件下，采用可重构计算方式来设计芯片，由于其基本计算单元有冗余度、配置过程带来损耗，使得此类芯片规模和效率略低于专用集成电路的性能，但是灵活性上更有优势；与通用处理器比，灵活性上略差，但是单位面积的性能更高，性价....

图2.2GCM工作方式

第2章典型密码算法重构特性分析14在整个算法执行过程中，并不总是等于分组的长度。在一轮运算中，完整长度的分组数据通常会分解为数据子块进行操作，这些数据子块的位宽包括位、字节、半字、字、双字等等。关于分组算法本身的描述，相关标准文件中已经足够详尽[73]，在此不赘述。分组算法最基本....

图2.4HMAC运算过程

第2章典型密码算法重构特性分析19SHA-3843842128－110246480SHA-5125122128－110246480SHA-3(256)256无限制10886424SHA-3(384)384无限制8326424SHA-3(512)512无限制5766424与分组算法....

本文编号：4037208