面向分组密码的可重构异构多核并行处理架构

现有的可重构分组密码实现结构中,专用指令处理器吞吐率不高,阵列结构资源利用率低、算法映射过程复杂.为此,设计了分组密码可重构异构多核并行处理架构RAMCA（Reconfigurable Asymmetrical Multi-Core Architecture）,分析了典型SP（AES-128）、Feistel（SMS4）、L-M（IDEA）及MISTY（KASUMI）结构算法在RAMCA上的映射过程.在65nm CMOS工艺下完成了逻辑综合和功能仿真.实验表明,RAMCA工作频率可达到1GHz,面积约为1.13mm²,消除工艺影响后,对各分组密码算法的运算速度均高于现有专用指令处理器以及Celator、RCPA和BCORE等阵列结构密码处理系统.     

一种基于流处理框架的可重构分簇式分组密码处理结构模型

可重构密码处理结构是一种面向信息安全处理的新型体系结构,但具有吞吐量和利用率不足的问题。该文提出一种基于流处理框架的阵列结构可重构分组密码处理模型(Stream based Reconfigurable Clustered block Cipher Processing Array, S-RCCPA)。针对分组密码算法特点,采用粗粒度可重构功能单元、基于Crossbar的分级互连网络、分布式密钥池存储结构以及静态与动态相结合的重构方式,支持密码处理路径的动态重组,以不同并行度的虚拟流水线执行密码任务。对典型分组密码算法的适配结果表明,在 CMOS工艺下,依据所适配算法结构的不同,规模为41的S-RCCPA模型的典型分组密码处理性能可达其它架构的5.28~47.84倍。     

可重构分组密码指令集处理器自动映射方法研究

计算资源与寄存器资源分配是可重构处理器自动并行映射的重要问题,该文针对可重构分组密码指令集处理器的资源分配问题,建立算子调度参数模型和处理器资源参数模型,研究了分组密码并行调度与资源消耗之间的约束关系;在此基础上提出基于贪婪思维、列表调度和线性扫描的自动映射算法,实现了分组密码在可重构分组密码指令集处理器上的自动映射....     

可重构分组密码指令集处理器自动映射方法研究

计算资源与寄存器资源分配是可重构处理器自动并行映射的重要问题,该文针对可重构分组密码指令集处理器的资源分配问题,建立算子调度参数模型和处理器资源参数模型,研究了分组密码并行调度与资源消耗之间的约束关系;在此基础上提出基于贪婪思维、列表调度和线性扫描的自动映射算法,实现了分组密码在可重构分组密码指令集处理器上的自动映射.通过可用资源变化实验验证算法并行映射的有效性,并对AES-128算法的映射效果做了横向对比验证算法的先进性,所提自动映射算法对分组密码在可重构处理中的并行计算研究有一定的指导意义.     

基于多流水线的可重构系统

介绍一种采用多条运算流水线技术的粗粒度动态可重构计算系统．使得能够在时间维和空间维上同时开发算法的循环级并行性。在此基础上研究了可重构器件的细织结构形式以及面向动态可重构的互连网络．并给出了在该系统上求解一般问题（如FIR）的重构与执行过程。最后，为实现算法到结构的自动化映射而初步建立了协同编译器框架并展望了在系统中融合向量技术的前景．     

GOST和BLOWFISH两种分组密码算法的重构

密码重构有助于增强安全性和构造新的算法,节约硬件资源和能源,延长设备使用周期。阐述了密码重构的概念及其重要性,并对国内外重构现状以及分组密码发展现状进行了研究。分别实现了GOST和BLOWFISH两种分组密码算法内的重构以及算法间的重构,给出了模块细化结果以及重构层次图。最后对后续进一步的研究和改进方向进行了阐述。     

基于流体系结构的高效能分组密码处理器研究

针对现有密码处理器存在的问题,借鉴流处理器架构,提出了高效能的可重构分组密码流处理器架构.该架构采用层次化设计思想,通过分块式本地寄存器组的数据组织方式和共享拼接使用运算单元机制,实现了软件流水和硬件流水的协同工作,能够挖掘分组内和分组间的指令级并行性并提高功能单元的利用率.在65nm CMOS工艺下对架构进行了综合仿真,并经过了大量算法映射.实验结果证明,该架构在CBC和ECB加密模式下均具有良好的加密性能.与其他密码处理器相比,该架构具有小面积、高效能的特点.     

面向密码算法的异步可重构结构设计

针对FPGA和ASIC在实现密码算法时的不足之处，本文介绍了一种面向密码算法的异步可重构结构。该结构的运算功能由一个可重构单元阵列提供，数据通路由可重构单元之间的相互连接实现，异步通信采用握手信号完成。在分析握手信号传输延时对可重构结构的影响后，文章提出了一种适合该结构的单元信号传输握手控制电路。同时在单元结构中，使用改进的DSDCVS逻辑来设计其运算电路，减小了单元的面积，提高了单元的工作速度。应用实例表明，在实现密码算法时，面向密码算法的异步可重构结构表现出了比FPGA更好的性能。     

一类分组密码变换簇抵抗线性密码分析的安全性评估

线性密码分析是针对分组密码的强有力的攻击方法，估计分组密码抵抗线性密码分析的能力是分组密码安全性评估的重要内容之一.基于实际应用背景，提出了"四分组类CLEFIA变换簇"的概念，并利用变换簇中两种特殊分组密码结构的线性逼近之间的关系，给出了变换簇中所有密码结构抵抗线性密码分析的安全性评估结果，并提出了需要进一步探讨的若干问题.这种利用变换簇对分组密码进行研究的方法，为分组密码的安全性评估提供了一个较为新颖的思路.     

面向对称密码领域的可重构阵列设计

通过研究密码系统的特点,提出一种面向对称密码领域的可重构阵列结构.该阵列普遍适用于分组密码和流密码系统,灵活性高.通过配置信息的更新,可以快速动态切换加密功能,切换时间小于20 ns.该结构包含几个16×16的比特阵列和8×8的字节阵列,AES算法实现分组密码的加密速率为640 Mb/s～2.56 Gb/s,DES算法为1.6 Gb/s～3.2 Gb/s,SMS4算法为318 Mb/s～1.6 Gb/s,流密码Geffe的加密速率为400 Mb/s.与文献[1]～[3]相比,SMS4算法的性能有接近2倍的提升.     

The research and design of reconfigurable computing for Block cipher

This paper describes a new specialized Reconfigurable Cryptographic for Block ciphers Architecture（RCBA）.Application-specific computation pipelines can be configured according to the characteristics of the block cipher processing in RCBA,which delivers high performance for cryptographic applications.RCBA adopts a coarse-grained reconfigurable architecture that mixes the appropriate amount of static configurations with dynamic configurations.RCBA has been implemented based on Altera’s FPGA,and representative algorithms of block cipher such as DES,Rijndael and RC6 have been mapped on RCBA architecture successfully.System performance has been analyzed,and from the analysis it is demonstrated that the RCBA architecture can achieve more flexibility and efficiency when compared with other implementations.     

面向分组密码的四维度并行处理架构研究

通过对分组密码算法加密特征的分析,将分组密码算法的并行性划分为分组内同操作并行性、分组内异操作并行性、分组间同操作并行性和分组间异操作并行性等四维度并行性,并根据此提出了基于Amdahl定律的分组密码四维度并行处理模型FDPM.该模型能够指导分组密码处理架构设计,为架构资源配置和并行性开发提供整体建议.以FDPM为依据,提出了一种面向分组密码的可重构流处理架构RCSA,该架构能够有效开发分组密码处理的并行性,在提高密码处理性能的同时也能提高资源利用率.通过算法映射结果分析,证明了FDPM模型的正确性与RCSA架构的高效性.     

CTaiJi--新的粗粒度可配置计算结构研究

首先阐述了粗粒度可配置计算结构在进行数据处理时的特点。依据此特点，提出了CTaiJi粗粒度可配置结构，详细说明了结构中各个组成部分。在系统结构中，将环形结构与网格结构相结合，PEZ（处理单元组合）非常适合处理循环、条件语句。能够将循环、条件及简单算术运算集中于同一PEZ中实现，利于系统实现实时配置和提高PE（处理单元）利用率。介绍了常用的数字信号处理算法在此粗粒度可配置结构上的映射。     

10轮3D分组密码算法的中间相遇攻击

3D密码算法是一个代换-置换网络(SPN)型结构的新分组密码。与美国高级加密标准(AES)不同的是3D密码算法采用3维状态形式。该文利用3D算法结构,构造出一个5轮中间相遇区分器,并由此给出10轮3D的新攻击。结果表明:新攻击的数据复杂度约为2128选择明文,时间复杂度约为2331.1次10轮3D加密。与已有的攻击结构相比较,新攻击有效地降低了攻击所需的数据复杂度以及时间复杂度。     

轻量级密码算法MIBS的零相关和积分分析

MIBS是适用于RFID和传感资源受限环境的轻量级分组算法。该文构造了一些关于MIBS的8轮零相关线性逼近,结合密钥扩展算法的特点和部分和技术,对13轮MIBS-80进行了多维零相关分析。该分析大体需要262.1个已知明文和274.9次加密。此外,利用零相关线性逼近和积分区分器之间的内在联系,推导出8轮的积分区分器,并且对11轮的MIBS-80进行了积分攻击,大体需要260个选择明文和259.8次加密。