加速对称密码编码的快速S盒代换指令及其硬件实现

S盒代换是大多数对称密码算法的核心操作,加快S盒代换是提高密码编码处理速度的关键。本文采用专用指令扩展的方法支持快速S盒代换,构造了一种灵活的并行S盒单元,设计了S盒代换指令。并行S盒单元由多路查找表和一个后处理模块组成,它作为功能部件集成到Leon2处理器片上。在Virtex-Ⅱ XC2V3000 FPGA上的综合结果表明,扩展后的处理器中并行S盒单元仅使用了1KB的存储和少量的逻辑资源。依据Amdahl定律评估了S盒代换指令的效率,对AES算法可以取得两倍以上的总体加速,对使用S盒操作的其他对称密码预计也能得到显著加速。     

分组密码S盒的可重构设计方案

对两种可行的S盒可重构设计方案进行了分析与比较,在此基础上提出采用查找表方式来对可重构S盒进行设计.以6×4模式的S盒为基础,对6×4和8×8的S盒的可重构设计进行了详细讨论.通过分析,该设计模型能对4×4和8×32的S盒进行很好的重构支持.从而便完成了对4×4、6×4、8×8、8×32这4种模式的S盒的可重构设计.设计结果表明,该模型能灵活地实现4种不同模式的S盒变换,并能使资源得到充分利用,减少资源的消耗.     

一类分组密码的S盒重组算法

S盒是许多分组密码唯一的非线性部件,它的密码强度决定了整个密码算法的安全强度.足够大的S盒是安全的,但为了便于实现,分组密码多采用若干小S盒拼凑.针对一类分组密码算法,通过将S盒与密钥相关联,给出了S盒重组算法,丰富了S盒的应用模式,有效提高了分组密码的安全强度.     

可适配多路并行移位操作指令及其硬件实现研究

在分析Rijndael、Serpent、MARS等41种分组密码算法的基础上,对分组密码算法中移位的操作特征进行了研究,提出了可适配、支持多路并行执行的移位操作指令,通过适配参数,可完成固定或不定、循环或逻辑、左向或右向、不同位宽的移位操作,不同位宽的操作支持不同组数的并行执行,并给出了其级联及组合的指令模型,研究了移位操作的硬件实现算法,设计并实现了硬件单元,给出了其性能分析。     

提高S盒非线性度的有效算法

S盒是分组密码算法中的重要的非线性部件.William Millan曾给出一个能改善S盒非线性度的Hill Climbing算法,它通过交换S盒的两个输出向量来提高S盒的非线性度直到非线性度达到一个局部最优值,即交换任何两个输出向量也不能提高S盒的非线性度.本文研究了如何同时改变S盒的三个输出向量的位置来提高S盒的非线性度,并给出了MHC算法,它能在Hill Climbing算法的基础上进一步提高非线性度.实验证明,MHC算法对随机S盒的优化效果明显大于Hill Climbing算法.     

适于硬件实现的S盒构造方法

有限域上的乘法求逆变换和仿射变换混合后良好的密码学性质是Rijndeal、Camellia、SMS4等分组密码算法S盒设计的基础,总结了三种分组密码算法的S盒密码学性质,在此基础上提炼出一类S盒的构造模型,并根据硬件实现的特点,利用循环矩阵给出了一大批S盒。与Rijndeal算法S盒相比,此类S盒的密码学性质更加优良,同时硬件实现的资源开销与Rijndeal算法S盒大体相当。     

有限域上一类S盒的构造与分析

著名的Rijndael(AES)以及Hierocrypt-L1密码算法都采用了有限域GF(2m)上一类置换作为S盒,这些S盒具有良好的差分/线性特性和比较复杂的代数结构。文章给出该类S盒的构造通式,并详细讨论和分析了这类S盒的差分/线性特性、代数结构与域上的生成多项式、使用的仿射变换以及幂次数之间的深刻关系。这对以后设计有限域上的同类S盒有一定的指导作用。     

基于时空混沌的S盒产生算法

置换盒又被称为S盒,是分组密码中常采用的重要部件。在分析S盒性能评价指标的基础上,提出了一种基于时空混沌的S盒产生方法。仿真测试表明根据该方法,可以产生一批具有良好性能的S盒,为开发新的分组密码算法奠定了很好的基础。     

密码协处理器指令级并行编译研究

立足于处理器体系结构的研究,结合可重构设计技术以确保密码处理的灵活性是密码协处理器研究的重要方法,其中如何提升密码协处理器的性能是至关重要的问题。基于VLIW体系结构以及可重构设计技术,设计专用指令密码协处理器。编译器作为密码协处理器的重要组成部分,重点研究了密码协处理器指令级并行编译技术,通过提高指令级并行度来提升密码协处理器的性能。     

基于遗传算法的快速可重构S盒硬件设计

传统S盒硬件结构只对应一种密码算法,密码硬件的灵活性和安全性差．本文通过分析大部分分组密码的特点,设计了一种可在相同硬件上重构实现44和64规格S盒的新电路结构．为了提高S盒硬件对不同密码算法的适应性,采用了硬件复用技术,且所设计的可重构S盒具有较快的重构速度和较好的扩展性;为了提高S盒的安全性,采用遗传算法对可重构S盒电路进行优化设计．在构造遗传算法的适应度函数时,重点考虑了影响S盒安全性的非线性度和差分均匀度．以44的S盒设计为例进行了实验,实验结果验证了可重构S盒的灵活性和安全性,证明了可重构S盒电路结构及优化设计方法的正确性．     

一种利用光栅传感器的微小位移检洲方法

本文提出了一种利用光栅传感器检测微小位移的有效方法.利用莫尔条纹原理,采样光栅读数头的正、余弦信号输出,经运算、查表得到位移量的小步数(0.2μm/小步).借助余弦信号为正时正弦信号两次相继采样值符号的比较,得到位移量的大步数(20μm/大步).系统分辨率达0.2μm.     

基于FPGA的神经振荡器设计及优化

为神经振荡器提出了一种高效的FPGA实现方案,介绍了一种改进的分布式算法(DA),以便于最大限度地利用FPGA上的查找表(LUT)资源.整个系统在Matlab/Simulink下采用Altera公司的DSP Builder构建.该方法节约了74％的查找表、75％的寄存器和100％的嵌入式乘法器资源.同时,该方案得到了令...     

基于VLIW的指令格式的研究与设计

计算机体系结构的设计思想在近四十年间发生了深刻的变化,而指令格式的设计是计算机体系结构设计的一个重要环节。该文首先介绍了一种典型RISC体系结构的指令格式,然后以IA-64为例对基于VLIW的指令格式进行了分析,并与RISC指令格式进行了比较,最后提出了一种新的基于VLIW的指令格式。     

查找表与神经网络相结合的图像逆半调算法

为提高查找表逆半调算法中“未出现半调模式逆半调值”的估计精度,本文提出了基于IRN神经网络的逆半调逼近模型,通过分析、训练和优化确定了合适的IRN网络结构、隐层数、隐层节点数。实验结果表明,应用该算法训练、拟合出的查找表数据在逆半调重建图像的视觉效果及PSNR指标上表现良好,而且算法执行速度快、空间复杂度低。     

一种 FLEX 系列 FPGA 测试建模方案磁

目前常用的 FPGA 器件测试方法为基于实际应用的编程测试方法,其关键在于选择什么样的测试模型。论文在研究了 FPGA 器件的结构和工作原理的基础上,提出一种可行性强、覆盖率高的测试模型建立方案,对逻辑单元、嵌入式阵列和 I／O 双向管脚的覆盖率可达100％,且功能简单、结构清晰,易于模拟测试向量和故障定位。     

采用HDPLD实现高速IIR数字滤波器

以IIR数字滤波器的基本理论为依据,利用查找表结构确定了IIR高速数字滤波器的硬件实现方案,按照层次化、模块化的设计思路,使用VHDL硬件描述语言,采用高密度可编程逻辑器件进行了高速IIR滤波器的这一应用技术问题的硬件设计并进行了仿真。     

LUT与Elman网络相结合的图像逆半调算法

为改进查找表逆半调算法中"未出现半调模式逆半调值"的估计精度,提出了一种查找表与Elman回归网络相结合的图像逆半调算法。该算法首先通过样本图集生成初步逆半调查找表,然后以Elman型回归网络为工具,构造、训练逆半调逼近模型,最后达到拟合"未出现半调模式逆半调值"的目的,产生完整查找表,支持逆半调处理。实验结果及性能分析表明,应用本文算法生成的逆半调重建图像在视觉效果及PSNR指标上表现良好,具有运行速度快、空间复杂度低的特点。     

语音信箱中的DSP并行处理系统设计

根据语音信箱系统的需要，给出了一种基于ＴＭＳ３２０Ｃ５０时分多用串口上的ＤＳＰ并行处理子系统的硬件设计和软件应用。它可同时完成多路语音信号的处理，而语音处理程序可以加载，提高了系统的灵活性。同时该子系统的应用不只限于语音处理，也可用于其它需要进行多路数字信号处理的场合。     

基于机器视觉的高精度指针式仪表自动检定系统研制

针对现有仪表自动检定系统对高精度指针式仪表采用的检定方法效率较低的问题,提出了一种基于机器视觉的仪表自动检定系统,采用一种新型的基于查表法的指针式仪表读数判别方法,结合机器视觉与数字图像处理技术实现对仪表读数的自动识别、存储.测试结果表明,检定系统能够准确地实现仪表读数的自动判别,显著提高了检定效率.     

基于HSI颜色空间的棉花杂质高速实时检测方法

棉花杂质的有效检测和剔除对于棉花质量的控制具有重要意义. 本文提出了一种实用的棉花杂质高速检测方法. 该方法利用 3D-LUT 技术, 有效解决了颜色空间转换的时间耗损问题. 利用 HSI 颜色空间的色度和饱和度信息, 对棉花中的杂质进行高效检测和定位. 彩色运动补偿技术的应用, 弥补了相机在硬件上进行空间参数校正的不足, 降低了杂质的错误判别率. 实验结果表明, 该系统可以在 10ms 内完成 80 线棉流图像的采集、图像格式转换、杂质的检测和定位等全部过程. 在棉流速度为 18m/s, 杂质大小为 2×2mm2 的情况下, 杂质识别正确率可达到 95.4%.