可重构分组密码处理结构模型研究与设计

随着信息技术的发展和网络规模不断扩大,网络通信等应用对数据加解密处理提出了更高的要求,可重构计算是将可重构硬件处理单元和软件可编程处理器结合的计算系统.因此采用可重构计算技术来设计密码处理系统,使同一硬件能够高效灵活地支持密码应用领域内的多种算法.同时满足了密码处理对性能和灵活性的要求,提高了密码系统的安全性.论文在分析分组密码算法处理结构的基础上,结合了可重构结构的设计思想和方法,提出了一种可重构密码处理结构模型RCPA,并基于该模型实现了一款验证原型.原型在FPGA上成功进行了验证测试并在0.18μm CMOS工艺标准单元库下进行逻辑综合以及布局布线.实验结果表明,在RCPA验证原型上执行的分组密码算法都可达到较高的性能,其密码处理性能与通用高性能微处理器处理性能相比提高了10～20倍;与其他一些专用可重构密码处理结构处理性能相比提高了1.1～5.1倍.结果说明研究的RCPA模型既能保证分组密码算法应用的灵活性又能够达到较高的性能.     

可重构分簇式分组密码处理架构

针对现有可重构分组密码系统资源利用率低的问题,在分析分组密码算法处理特征的基础上,提出基于Crossbar互连的可重构分簇式分组密码处理架构RCCPA(Reconfigurable Clustered Cipher Processing Architecture),研究了RCCPA的互连网络、分簇式寄存器堆及配置方式。RCCPA通过重构互连网络可将各处理簇动态地重构成4个32 bit簇、2个64 bit簇和1个128 bit簇,并可将可重构处理单元RCU(Reconfigurable Cipher Processing Unit)组织成多级流水的处理路径,满足了分组密码处理灵活性的要求,提高了RCU的利用率。采用RCCPA实现AES/DES/IDEA的处理性能分别达到了2 867.2 Mbps、1 442.6 Mbps、1 462.4 Mbps。     

一类序列与分组混合密码可重构处理结构设计

本文分析了一类序列密码和分组密码的混合加密体制,并为这类密码设计了一种可重构处理结构。实验表明,该结构最高可工作在100MHZ 时钟下,占用资源少,可快速灵活的实现不同的混合密码。     

基于流密码的可重构处理结构及其专用指令集研究

在对多种流密码算法生成结构进行分析的基础上,提出一种基于流密码的可重构处理结构,并在总结重构流密码算法使用频率较高的基本操作类型的基础上,为该流密码可重构处理结构设计了一种专用指令集。描述了指令的具体格式,并对指令性能进行了评估。结果表明,该指令集作用在该流密码可重构结构上可灵活高效地实现多种流密码算法。     

一种改进的分组密码可重构处理结构设计①

应用于密码运算的粗粒度可重构处理结构,以其高性能和较好的灵活性而受到广泛研究。在密码可重构处理结构中,结构合理的配置电路对于提高整个电路的配置速度,加速密码运算非常重要,因此在已有的一种分组密码可重构处理结构的基础上对其配置电路进行改进。从而可以大大提高结构规整的分组密码算法的配置速度。     

可重构密码协处理器的组成与结构

文章提出了一些关于可重构密码协处理器的组成与结构的设计思想和方法。可重构密码协处理器组成与结构是指可重构密码协处理器的组成模块及其相互之间的连接网络。可重构密码协处理器组成与结构的设计直接影响到可重构密码协处理器的性能,因此是可重构密码协处理器设计中的一个关键问题。     

可重构密码协处理器简介及其特性

可重构密码协处理器是采用可重构体系结构的思想和方法设计而成的,用于对数据进行加／解密处理的集成电路芯片,它能够灵活、快速地实现多种不同的密码算法。文章简要介绍了可重构密码协处理器的设计方法和使用方法,并对其灵活性、安全性、性能和规模进行了分析。     

可重构密码协处理器指令系统的设计方法

可重构密码协处理器是采用可重构体系结构的思想和方法设计而成的,用于对数据进行加/解密处理的集成电路芯片,它能够灵活、快速地实现多种不同的密码算法。文章提出了可重构密码协处理器的指令系统的设计方法,并评估了按照该方法所设计的指令系统的特性。     

基于可重构S盒的常用分组密码算法的高速实现

DES、3DES和AES是应用最广泛的分组密码算法，其可重构性和高速实现对可重构密码芯片的设计具有重要影响。该文分析了这3种算法的高速硬件实现，利用流水线、并行处理和重构的相关技术，提出了一种可重构S盒（RC-S）的结构，并在此基础上高速实现了DES、3DES和AES。基于RC-S实现的DES、3DES和AES吞吐率分别可达到7Gbps、2．3Gbps和1．4Gbps，工作时钟为110MHz。与其它同类设计相比，该文的设计在处理速度上有明显优势。     

可重构密码协处理器的概念及其设计原理

提出了可重构密码协处理器的概念并论述了其设计原理。所谓可重构密码协处理器实际上是一个其内部逻辑电路结构和功能可被灵活改变的密码处理单元,它能够在主处理器的控制和驱动下灵活、快速地实现多种不同的密码操作,以便适应不同密码算法的需求。基于可重构密码协处理器的可重构密码系统具有灵活、快速、安全的特点,在保密通讯和网络安全等领域中具有良好的应用前景。     

可重构信息处理

介绍了可重构信息处理的概念, 目前的发展状况以及几种可 重构处理的方法和器件,最后对可重构处理的发展进行了简要的展望。     

流水线配置技术在可重构处理器中的应用

提出一种应用于可重构处理器中的流水线配置技术,能够有效减低配置时间,提高应用程序的执行速度。可重构处理器包括通用处理器和一个粗颗粒度的可重构阵列。可重构阵列将处理应用中占据大量执行时间的循环,这些循环将被分解为不同的行在阵列上以流水线的方式执行。该技术在FPGA验证系统上得到了验证。验证的应用包括H.264基准中的整数离散余弦变换和运动估计。相比传统的可重构处理器PipeRench, MorphoSys以及TI的DSP TMS320DM642有大约3.5倍的性能提升。     

可重构制造系统重构算法的实例研究

可重构制造系统（RcMS)的模型及其重构算法是可重构制造系统的形式化表示，是研究RcMS优化的理论基础，基于赋时可重构Petri网的可重构制造系统模型（TRPN－RcMS)及其重构算法是RcMS的形式化表示方法之一。文中以实例对RcMS重构算法进行说明和论证。首先假设一个RcMS的实例系统；然后，根据RcMS的当前系统组成及其生成计划生成RcMS当前系统的TRPN－RcMS模型；最后，根据RcMS重构后的系统组成及其生产计划的变化情况，利用RcMS的TRPN－RcMS模型的重构算法，生成重构后的系统的TRPN－RcMS模型。     

基于可重构密码模块的VPN安全网关

结合片上可编程系统和IPSec技术,设计一种基于可重构密码处理模块的虚拟专用网安全网关.该网关采用双处理器结构,主处理器完成系统芯片的初始化配置、系统控制、管理和数据包的预处理,协处理器完成IPSec处理功能,可重构密码处理模块加速加解密处理,从而提高算法执行效率,同时扩展IPSec协议的安全性.实验结果表明,该网关具...     

基于FPGA可重构快速密码芯片设计

为提高密码芯片的应用效益,提出了一种基于FPGA可重构的密码芯片实现方法。该方法打破了传统了一类密码芯片采用一种设计方案的模式,通过对FPGA的重构设计,能够动态地实现多种不同计算特征的密码算法芯片。同时对最基础的乘法运算和加法运算,设计了细粒度流水的加速策略。该方案能够重构实现DES、AES、RSA、椭圆曲线密码算法等典型密码算法,对600M的数据文件加密测试,DES的加速比为2.8,AES的加速比为3.6。     

对称密码中复合域乘法运算可重构设计研究

复合域乘法运算是对称密码算法中的基本运算和重要模块,因操作复杂且计算时间长,其实现性能在很大程度上制约着对称密码算法的运算速度。文章研究了对称密码算法中的复合域乘法运算特点及实现原理,设计了以GF（28）为基域,扩展到GF（（28 ）h（k=1,2,3,4）域上的复合域乘法可重构架构,通过配置能够灵活高效地实现GF（2 8）、GF（（2H）2）、GF（2 8）3、CF（（28）4）域上的有限域乘法操作。同时结合处理器的指令设计方法,设计了通用的复合域乘法操作及配置指令,能够极大的提高对称密码算法中复合域乘法运算的处理效率。最后文章对复合域乘法可重构架构进行了模拟与验证,在0．18μmCMOS工艺标准单元库下进行逻辑综合以及布局布线,并对综合结果进行了性能评估。结果表明,文章提出的复合域乘法可重构架构及相应的专用指令,在灵活性的前提下提供了较高的执行效率,具有较高的实用价值。     

可重构片上系统设计流程中的动态重构问题研究

近年来,可重构片上系统已成为科学研究及嵌入式应用领域中应对复杂计算需求的有效技术解决方案.针对目前缺少一个从系统级设计到应用实现,统一、综合规划动态重构问题的系统设计流程,以及动态重构过程对系统设计人员不透明等问题,在系统设计层给出了一种过程级软硬件统一编程模型.在此框架内,设计人员通过调用已根据应用特性进行优化的软硬件协同函数,即可利用高级语言完成系统功能描述;在细节设计层提出了基于单位面积加速比的软硬件任务调度算法,实时管理动态可重构资源;在应用实现层,以可重构专用图形加速卡为原型系统,论述动态可重构系统实现中的关键技术.实验及测试结果验证了通过将动态重构问题置于整个系统设计流程中予以考虑,能够达到提升系统开发效率之目的.     

FPGA动态部分可重构技术概述

可重构计算是一种新的计算结构,它将通用处理器和专用集成电路的优点结合起来,具有灵活、高效的特点。FPGA的动态部分可重构是指在系统运行中对FPGA的部分逻辑资源实现动态的功能变换,从而提高数字系统集成度、增强灵活性、提升容错能力,同时降低成本和功耗。本文主要介绍FPGA动态部分可重构的原理以及实现动态部分可重构的方法,并着重分析4种常用的实现方法;介绍FPGA动态部分可重构技术目前在国内外的最新发展和应用;对FPGA动态部分可重构的未来研究发展方向做简单介绍。 