传输触发结构ASIP软件工具的自动定制

软件工具在ASIP设计中扮演了非常重要的角色,自动定制软件工具对于提高ASIP设计的自动化程度意义重大．详细分析了传输触发结构（TTA）ASIP软件工具的自动定制问题,提出了扩展指令、目标代码编码、保留表等关键体系结构描述信息的自动生成方法．其中,扩展指令信息通过合并相关基准指令的语法树及其他描述信息获得;目标代码编码通过对功能单元端口和寄存器端口分类并顺序编号获得;指令保留表则通过分析指令执行过程中数据传输的时序与资源使用情况获得．实验结果表明,该方法灵活简单,当ASIP的指令集和其他体系结构信息变化时可以自动生成相应的软件工具,并能够保证软件工具的效率．     

配置流驱动计算体系结构指导下的ASIP设计

为了兼顾嵌入式处理器设计中的灵活性与高效性,提出配置流驱动计算体系结构.在体系结构设计中将软/硬件界面下移,使功能单元之间的互连网络对编译器可见,并由编译器来完成传输路由,从而支持复杂但更为高效的互连网络.在该体系结构指导下,提出一种支持段式可重构互连网络的专用指令集处理器(ASIP)设计方法.该方法应用到密码领域的3类ASIP设计中表明,与简单总线互连相比,在不影响性能的前提下,可平均节约53%的互连功耗和38.7%的总线数量,从而达到减少总线数量、降低互连功耗的目的.     

一种面向嵌入式处理器的昏睡子块唤醒方法

针对嵌入式处理器中日益明显的指令Cache漏功耗,提出了一种基于当前指令状态标志位的分支预测和返回目标寄存器映射的昏睡子块唤醒方法;该方法根据处理器执行过程中指令状态位提前判断分支指令的目标子块,同时设计了一种返回地址目标寄存器映射的结构,提前判断函数返回指令的目标子块。在消除唤醒延迟带来的性能损失基础上,提高了处理器的性能;通过实验对比,该方法可以减小36%的指令Cache静态功耗,同时处理器性能平均有13%的提高。     

寄存器堆互连的VLIW结构及其指令调度算法

超长指令字(Very Long Instruction Word,VLIW)处理器一般采用总线互连的多簇结构,每个簇中的功能单元共享一个本地寄存器堆,簇间采用总线传输数据,以避免功能单元增多时,全连通结构的延时、面积和功耗的快速增长;但簇间数据共享时的拷贝和延时,使得处理器在性能上有所下降.文中提出了一种寄存器堆互连的多簇VLIW结构,采用寄存器堆来连接各个簇,从而可以避免簇间数据传输的延时和额外的数据拷贝操作.同时也提出了针对这种结构的指令调度算法,以提高指令调度的性能.实验结果表明,与全连通的VLIW结构相比,寄存器堆互连结构在性能上仅有13%左右的性能下降,代码长度则基本不变;这都优于总线互连的多簇结构.     

面向ASAP自定义指令生成算法研究

从处理器的指令集进行扩展的优势主要是降低系统设计时间和代价以及可减小代码大小、寄存器压力,从而降低取指频率和功耗。基于此,结合ASAP框架给出自定义指令生成的算法,通过数据流分析、指令簇标记、子图枚举、子图合并的方法,找出符合自定义扩展指令的多个约束要求的候选指令集合。实验结果表明,该算法能够高效地找出目标应用的所有非平凡自定义指令集合。     

基于静态寄存器分配的系统仿真协同优化方法

针对X86系统仿真中基于静态寄存器分配的代码翻译机制导致的目标代码膨胀率高、翻译引擎和执行引擎间切换开销大两方面问题,提出了以寄存器映射、自定义指令和影子寄存器为基础的软硬协同优化方法。寄存器映射优化将对内存中模拟的源机器寄存器的操作转化为对本地机器寄存器操作,降低了翻译后目标代码膨胀率;自定义指令和影子寄存器优化将引擎切换时上下文的备份和恢复操作简化为2条自定义指令,提升了引擎切换效率。相比协同优化前,X86仿真系统Linux-0.2的翻译后目标代码膨胀率降低了21.9%,开关机时间获得了1.35的加速比。测试结果表明了该协同优化方法对于提升系统仿真效率具有可行性和有效性。     

基于流密码的可适配反馈移位寄存器指令

在对A5,Grain,Trivium等34种流密码算法结构进行分析的基础上,研究算法中线性和非线性反馈移位寄存器的结构特征,总结其相应操作。构造专用的反馈移位寄存器配置指令和操作指令,通过配置可灵活实现多种结构的反馈移位寄存器及其组合,并完成相应操作。设计实现支持其执行的硬件单元,可作为专用流密码微处理器的核心功能单元。     

嵌入式处理器中的寄存器堆延迟写回技术

为了降低嵌入式处理器中寄存器堆的功耗,提出一种基于限制取指的寄存器堆延迟写回技术.对于嵌入式处理器,传统的寄存器堆延迟写回技术带来的效果并不明显,文中根据处理器前端比后端快的特点,采用限制取指技术提高寄存器堆延迟写回的效果,不仅大幅度地消除了对寄存器堆不必要的写操作,同时也降低了处理器前端的功耗.FPGA平台上的实验结果表明:在不影响程序性能的情况下,应用该技术后,EEMBC程序对定点寄存器堆的写操作减少了35%,对ICache的访问减少了15%,且没有额外的开销.     

基于SABL的防御差分功耗分析移位寄存器设计

通过对传统移位寄存器原理和灵敏放大型逻辑(Sense Amplifier Based Logic,SABL)电路的研究,提出一种能够防御差分功耗分析的移位寄存器设计方案。该方案首先采用主从触发的方式,设计基于SABL电路的清零置位D触发器;然后利用该触发器与SABL逻辑门实现多位移位寄存器电路。Spectre仿真验证表明,所设计的移位寄存器逻辑功能正确,在多种PVT组合下NED均低于2.66%、NSD均低于0.63%,具有显著的防御差分功耗分析性能。     

防火墙寄存器技术的FPGA低功耗布线算法研究*

针对减少毛刺能够有效地降低电路功耗,提出了一种基于防火墙寄存器技术的FPGA低功耗布线算法。在布线过程中,一方面运用算法增加防火墙寄存器滤掉毛刺;另一方面通过修改代价函数,动态地调节输入信号的路径,使信号到达查找表输入端的时间基本趋于一致,从而有效地减少毛刺,降低电路的动态功耗。实验结果表明,在运算时间相同的情况下,与其他算法相比,该算法平均能消除约72%～81%的毛刺,降低约4%～8%的功耗,减少约23%～26%的关键路径延时,而只增加4%的触发器。     

区块链中可验证外包解密的匿名属性加密方案

属性加密是云计算环境下实现数据机密性和细粒度访问控制的关键技术。然而,一般的属性加密方案中存在访问策略敏感信息泄露、解密成本高、属性授权机构权力过大等问题。为了解决上述问题,提出一种基于区块链的可验证外包解密的匿名属性加密方案。该方案使用策略隐藏保护敏感属性信息,通过两方共同生成完整属性密钥,在解密前进行属性匹配操作。利用区块链不可篡改性存储验证参数存储对第三方外包解密结果进行正确性验证,并使用区块链生成、存储属性证书。在随机谕言模型下证明了选择性密文策略和选择明文攻击的安全性,并与其他方案进行功能、通信开销对比,使用PBC Go密码学库对方案进行仿真,仿真结果表明该方案可以有效地减少用户解密开销。     

基于属性加密的多用户共享ORAM方案

不经意随机访问机（ORAM）是保护用户访问行为隐私安全的关键技术之一,但现有ORAM方案主要针对单用户访问需求,不支持多用户之间的数据共享。结合Ring ORAM方案和属性加密（ABE）技术,设计并实现了一种基于属性加密的多用户共享ORAM方案ABE-M-ORAM。该方案利用属性加密实现了细粒度的访问控制,既保护了用户访问行为的安全,又实现了用户之间便捷的数据共享。理论分析和仿真实验证明该方案具有较高的安全性、实用性以及较好的访问性能。     

多授权机构下可撤销叛徒的属性基加密方案

针对单授权机构下属性基加密方案中的密钥滥用问题,以及加密机制本身存在的效率和安全问题,研究一种在多授权机构下可对非法用户（或叛徒）进行撤销的属性基加密方案。在单授权机构下属性基加密方案的基础上,利用双线性映射和线性秘密共享方案等来实现多个授权机构相互协作而不需要中央机构控制,并结合完全子树架构将用户映射到二叉树上来提高撤销叛徒的效率,将单授权方案转化成多授权机构下的可撤销叛徒的属性基加密方案MA-TRABE,还分析了该方案的抗串谋攻击安全性和多授权机构下的安全性。根据电子商务安全支付的需要,设计了MA-TRABE的实际应用。     

基于混沌映射的车载网动态加密方案设计

安全性是决定车载自组网能否应用到军品运输车队中的一项关键因素,加密技术是满足车载自组网保密性、完整性和不可否认性等安全需求的重要技术手段。基于传统Hash函数的加密技术已被证实可通过“模差分”方法进行攻击,提出了一种基于改进复合混沌映射的车载自组网动态加密方案,并搭建了具备多跳传输能力和网络拓扑展示功能的车载自组网实验系统。将复合混沌映射加密方案应用于该车载自组网实验系统的图像加密传输,实验结果表明经加密后的图像具有较好的伪随机特性和初始值敏感性,因此该方案具有良好的加密效果和较高的安全性。     

新型安全电子邮件加密系统的设计与实现

基于身份公钥加密是一种以用户的身份标识符作为公钥的新型加密体制。本文首先介绍基于身份的公钥加密方案(IBE),给出IBE安全加密体制的基本框架结构与工作原理;设计了一个IBE密钥管理方案,实现IBE公钥和私钥的安全分发;提出了一套基于IBE的安全电子邮件系统,开发了一个PKG密钥服务器和Outlook邮件客户端加密插件,并实现IBE密钥管理方案;最后讨论了IBE邮件加密系统的安全问题。     

一种低功耗系统芯片的可测试性设计方案

低功耗技术,如多电源多电压和电源关断等的应用,给现代超大规模系统芯片可测试性设计带来诸多问题。为此,采用工业界认可的电子设计自动化工具和常用的测试方法,构建实现可测试性设计的高效平台。基于该平台,提出一种包括扫描链设计、嵌入式存储器内建自测试和边界扫描设计的可测性设计实现方案。实验结果表明,该方案能高效、方便和准确地完成低功耗系统芯片的可测性设计,并成功地在自动测试仪上完成各种测试,组合逻辑和时序逻辑的扫描链测试覆盏率为98.2%。     

基于POMDP的跨层机会频谱接入优化设计

在功率受限的机会频谱接入(OSA)研究中,大多使用完全可观测马尔可夫决策过程(MDP)对环境建模,以提高物理层或介质访问控制(MAC)层指标,但由于感知设备的限制,无法保证用户对环境完全感知。为解决该问题,提出一种基于部分可观测马尔可夫决策过程(POMDP)与Sarsa(λ)的跨层OSA优化设计方案。结合MAC层和物理层,采用POMDP对功率受限且有感知误差的次用户频谱感知和接入过程进行建模,并将其转换为信念状态MDP(BMDP),使用Sarsa(λ)算法对其进行求解。仿真结果表明,在功率受限条件下,该Sarsa(λ)-BMDP方案的有效传输容量、吞吐量和频谱利用率分别比完全可观测Q-MDP方案低9%、7%和3%左右,其误比特率比基于点的值迭代PBVI-POMDP方案低20%左右,比Q-MDP方案高16%左右。     

面向特定应用的指令集自动扩展

面向应用扩展指令集是面向特定应用处理器设计过程的一个重要环节,这一工作的自动实现对于缩短产品开发周期具有非常重要的意义。现有的技术未能实现该过程的完全自 动化,而且在选择指令时并没有全面考虑指令对处理器面积和功耗的影响。本文设计并实现了一个面向特定应用的指令集自动扩展系统,该系统不仅可以根据应用特征自动扩展
新指令,而且可以自动完成编译器的修改。模拟结果显示,扩展的新指令能够在保持功耗、面积基本不变的前提下,带来4.7%～16.7%的性能提升。     

基于NFS协议的存储加密代理设计与实现

文章在对NFS协议进行分析的基础上,针对于Linux用户设计并实现了基于NFS协议的存储加密代理——NFSA,以实现企业文件数据在网络存储设备上的加密存储。NFSA完成对于Linux用户数据文件的安全共享与存储,并提供多种访问控制规则相结合的访问控制机制、权限分离的安全审计机制,保证文件数据在网络存储设备上的安全。最后通过实验测试NFSA的基本功能,保证了NFSA自身功能的可用。     

基于GPU的密码S盒代数性质评估方法

密码S盒即黑盒,作为对称密码算法中的非线性部件,其代数性质往往决定着密码算法的安全性能。差分均匀度、非线性度及透明阶作为衡量密码S盒安全性质的三个基本指标,分别刻画了S盒抵御差分密码分析、线性密码分析及差分功耗攻击的能力。当密码S盒输入尺寸较大（如S盒输入长度大于15比特）时在中央处理器（CPU）中的求解所需时间仍过长,甚至求解不可行。如何针对大尺寸输入密码S盒的代数性质进行快速评估是目前业界的研究热点。基于图形处理器（GPU）提出一种快速评估密码S盒代数性质的方法。该方法利用切片技术将内核函数拆分至多线程,并结合求解差分均匀度、非线性度及透明阶的特征提出优化方案,从而实现并行计算。测试结果表明,与基于CPU的实现环境相比,基于单块GPU的环境下的实现效率得到了显著的提升。具体来说,计算差分均匀度、非线性度及透明阶所花时间分别节省了90.28%、78.57%、60%,验证了该方法的有效性。