SM4算法门限掩码方案设计与实现

侧信道分析已严重威胁到密码算法应用安全,为提高SM4算法抵御侧信道分析的能力,提出一种门限掩码方案。首先,完成对SM4算法S盒的复合域分解;其次,基于二共享设计门限掩码方案,使用随机数将S盒输入进行二共享拆分,通过复合域运算和S盒门限掩码进行电路重构,并基于S盒复用降低硬件开销;最后进行线性层操作后将两个输出结果通过异或完成去掩码操作。对SM4算法门限掩码方案的FPGA实现仿真结果和安全性测试结果表明,本掩码方案能够有效抵抗CPA攻击,实现面积相对较低。     

实时工业以太网无线通信节点的设计与实现

实时控制网络是新型网络化、智能化工业装备的重要支撑技术。在研究POWERLINK实时工业以太网协议的基础上,以FPGA为核心,设计和实现了一个实时无线通信嵌入式硬件节点。其中,以FPGA作为实时网络协议栈处理单元,采用并行接口与主控单元实现高速数据交互,并基于典型射频模块实现无线数据传输接口,可支持高速无线数据传输。通过所集成POWERLINK IP核的实时链路层管理机制,实现了工业网络中多节点间数据的无线实时传输。     

一种改进的粒子滤波算法及其FPGA硬件实现

提出了一种改进的粒子滤波目标跟踪算法,提出了限定区域的伪随机算法和根据权值分布的自适应重采样算法来提升目标跟踪的精度和并行特性。同时在算法的FPGA硬件结构实现上,对程序结构进行调整,充分利用流水线并行处理数值计算,运用硬件并行特性加快粒子的权值排序过程。实验结果表明,提出的算法在实验室场景与遮挡情况下都具有良好的跟踪准确性和实时性。     

分组密码算法SM4的低复杂度实现

针对分组密码算法SM4中加解密算法与密钥扩展算法的相似性,提出一种将加解密模块与密钥扩展模块复用的基本架构,通过对具体实现结构的分析与选择,使控制逻辑复杂度、复用模块复杂度以及系统吞吐量之间得到权衡.基于该架构设计SM4加解密IP核,在现场可编程门阵列上占用的资源仅为传统设计的55％,基于SMIC 0.18 μm数字CMOS工艺的综合结果显示,仅用0.079 mm2即可实现1 00 Mb/s的数据吞吐量.实验结果表明,该结构可以有效地降低SM4算法的实现复杂度.     

SM4国密算法的异构可重构计算系统研究

随着互联网的数据量呈爆炸式增长,以纯软件方式运行的SM4算法速度慢、CPU占用率高,而基于Verilog/VHDL实现的现场可编程门阵列或专用集成电路存在灵活性差、升级维护困难等问题。为了解决上述问题,提出了一种SM4国密算法的异构可重构计算系统的设计方案,采用高层次综合和异构可重构技术,通过优化数据内存分配与传输、优化循环、矢量化内核以及增加计算单元等方式,设计了SM4算法电子密码本模式和计数器模式的定制计算架构,并将该系统部署在FPGA异构平台。实验结果表明：SM4-ECB和SM4-CTR两种主流工作模式的定制计算架构在Intel Stratix 10 GX2800上,吞吐率分别达到109.48 Gbps和63.73 Gbps,是Intel Xeon E5-2650 V2 CPU上对应模式吞吐率的232.63倍和141.62倍。以此核心模块(包含数据输入、加解密、输出)的整体异构可重构计算系统的性能也分别达到了纯软件方式的4.90倍和3.56倍。该方案不仅实现了针对特定模式进行定制加速,而且可以通过硬件重构灵活支持不同的计算模式,兼顾了系统的灵活性和高效性。     

SM3哈希算法的硬件实现与研究

随着信息社会的进一步发展,哈希算法作为保护信息完整性的重要密码算法,它的应用越来越广泛。美国NIST组织已经顺利完成了哈希算法标准SHA0,SHA1和SHA2的征集工作,并且SHA-3的征集工作将于2012年结束。SM3作为国内商业应用中的国家标准哈希算法,于2010年12月公开。本文在硬件平台FPGA上实现了高吞吐率的SM3,经过优化处理SM3在Xilinxv5平台上的吞吐率可以达到1．5Gbps左右,并且就SM3在FPGA上的效率和SHA1,SHA2以及SHA-3的候选算法BLAKE在FPGA平台上的效率做了比较和分析。     

提升小波算法的FPGA硬件实现

讨论了提升小波变换的原理及特点,并提出了一种基于现场可编程门阵列器件FPGA实现提升小波算法的方案,该方案与基于传统的卷积方法实现相比,可以减小硬件实现面积,并利用插入流水线寄存器的方法,缩短关键路径,提高运算速度.     

基于国密算法SM2、SM3、SM4的高速混合加密系统硬件设计

随着电子信息技术的快速发展,数据的安全性问题日益严峻,传统单一制密码算法在安全性与运算速率上已不能满足要求。为了解决大数据时代下所提出的加密需求,提出了一种基于国密算法SM2、SM3、SM4的高速混合加密系统的硬件设计方案,并针对SM2和SM4算法的底层硬件结构进行优化：对SM2算法采用Karatsuba Ofman模乘器与点运算并行方案进行优化。对SM4算法提出了一种基于复合域S盒的二次流水全展开硬件架构。实验结果表明,该系统所实现的各算法电路均具有较高性能。SM2的点乘时间缩短至68.37 μs;SM3的杂凑值生成仅需0.71 μs;SM4吞吐率最高达53.76 Gbps。相比同等安全性的SM2算法,该混合系统在加密时间上减小了26.67%,具有实用价值。与相关工作进行对比分析,可证明该方案在安全性和加/解密性能上均有一定优势。     

SM2专用指令协处理器设计与实现

国家商用密码算法SM2是基于椭圆曲线密码学(ECC)而制定的公钥密码协议,已被国际标准化组织(ISO)确立为国际标准.在实际应用中,SM2算法计算过程的复杂性使其面临实现效率低的问题,并且在实现过程中还会出现与密钥相关的侧信道信息泄露.为了解决上述问题,设计了一种适用于SM2的专用指令硬件协处理器.协处理器包含接口逻辑...     

PL4接口在FPGA中的设计与实现

介绍了利用Altera公司的StratixGX系列FPGA器件实现POS-PHYLevel4接口协议的工作原理、设计思想和电路结构,并详细讨论了一种计算128位数据的4位对角交叉奇偶校验码DIP-4的适合硬件实现的算法,该算法在实际应用中功能正确且实现简单方便。     

基于Wireless USB的数据采集系统设计

针对工业生产过程中大批量高速数据采集和实时传输处理的要求.采用Cypress公司的无线USB系统作为无线数据的射频收发模块,结合Cypress公司的EZ-USB系列芯片和Altera公司的ACEX1K系列FPGA芯片设计了一套数据信号采集和无线传输系统.主要阐述了整个系统的原理、硬件构建方法和软件部分的开发过程.     

DES和SM4算法的可重构研究与实现

随着计算机运算速度的不断提高, 针对DES算法密钥长度短, 不能抵御暴力破解, 已经不适应当今数据加密安全性的要求进行了研究, 采用可重构技术将多种算法组合在一起是抗击暴力破解的主要方法。SM4算法是我国自主研制的密钥长度为128 bit的分组密码算法, 在分析DES算法和SM4算法原理的基础上归纳了这两种算法的共同特点, 采用可重构技术将两者融合, DES算法和SM4算法共用一个S盒, 通过对S盒的配置可满足DES算法的6 bit输入、4 bit输出和SM4算法8 bit输入、8 bit输出的数据置换需求, 不但提高了算法的安全性, 同时也节省了逻辑资源。     

FPGA在生物神经系统模型仿真中的应用*

介绍了一种利用现场可编程门阵列(FPGA)对生物神经系统模型进行高速并行硬件仿真的新方法。提出了流水线算子和流水线模型的概念,为单核心多模型的实现方案提供了严格的数学推导。完成了12级流水线FPGA流程的设计,再现了Morris-Lecar神经元模型的非线性动力学特性。对设计方案的效率、计算误差以及硬件资源的消耗情况进行了详细的统计分析。     

基于视觉系统的足球机器人无线通信实现

在足球机器人大赛中提高机器人对各种传感器信息的处理能力是一项关键技术问题。在机器人自身有限负重能力情况下,通过无线通信方式,借助外部计算机和工作站处理传感器信息成为一种可行方案。文中以一种轮式移动机器人作为试验平台,研究足球机器人基于视觉系统的无线通信实现。     

高精度无线同步技术及其在石油勘探中的应用

介绍了一种基于无线数据传输技术实现远程高精度时间同步的方法。通讯电台选用25W模拟电台,数据编码为曼彻斯特编码。借助于高速复杂可编程逻辑器件(CPLD)技术和特殊的通讯协议,解决了地震法石油勘探技术中数据采集系统要求高精度时间同步的难题。详细介绍了通讯协议、CPLD内实现编码、解码的原理及达到编/解双方时间同步误差小于±20μs的实现方法。     

基于不经意多项式估值的SM4协同加解密方案

协同加解密是安全多方计算中的重要研究方向,它可以安全高效地实现数据保护、隐私保护。为解决现有SM4协同加解密方案离线计算阶段计算复杂度偏高的问题,提出一种基于不经意多项式估值的SM4协同加解密方案。方案利用预计算的多项式集合和多项式值集合来完成在线阶段的S盒协同计算,从而提高在线计算阶段的性能。该文证明了所提方案的正确性和安全性,同时将其与四种不同的方案进行对比,结果表明,所提方案计算效率明显高于其他方案,说明所提方案能安全高效地完成SM4协同加解密。     

基于HRCA的可重构SM4密码算法研究与实现

针对同时要求高吞吐率和高安全性的应用场景,提出了基于HRCA的高性能可扩展的SM4实现方案。首先,通过分析对 SM4 提取出的不同粒度的基础算核,提出了一个通用的粗粒度可重构计算单元;然后,为满足不同加密模式的需要给出了多种映射策略,根据不同策略将算法映射到重构计算单元;最后,通过分割控制平面和数据平面优化SM4整体架构。实验结果表明,使用所提方法,SM4算法在较低的资源消耗下吞吐量有了明显提高。     

山区无线信道现场测量技术及应用

根据山区无线信道特征,提出了无线信道测试的方案和基本测试方法,并结合桂林市某山区通信系统无线信道的实地勘察设计,论证了方案的可行性和科学性.