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嵌入式ECC算法性能改进及系统容错技术的研究与实现

2020-12-09阅读(269)

嵌入式ECC算法性能改进及系统容错技术的研究与实现

论文摘要

互联网技术的蓬勃发展使得信息安全领域面临重大的挑战。个人信息泄漏,恶意木马篡改,密钥的丢失等成为严重的网络安全隐患。人们在探索研究一种更为可靠的安全机制的道路上付出了巨大的艰辛。传统的数据加密,信息认证,数字签名等安全机制越来越不能胜任当前复杂多变的网络环境。本课题所研究的内容基于一种先进的信息安全解决方案,即采用嵌入式设备对信息进行加密解密处理,同时负责密钥的管理;采用目前公认的安全性最高的椭圆曲线密码体制(Elliptic Curve Cryptography, ECC)加密算法对数据进行保密处理。这样的系统可以最大限度地将数据的加密、解密过程与PC相隔离,同时保护了密钥,防止恶意木马的攻击和信息的泄漏,也杜绝了数据信息在传输过程中被攻击者截获并破解的可能。但是这样的系统会存在着两个不可回避的问题,一是ECC算法复杂度过高,性能不佳,尤其很难与低端的嵌入式设备相兼容;二是由于嵌入式系统自身的可靠性缺陷所带来的数据传输以及数据存储过程中的容错问题。本论文主要围绕着嵌入式加密系统中存在的这两个关键问题开展研究和讨论。本文首先分析了ECC算法的瓶颈,找到影响ECC算法性能的关键因素,并结合本嵌入式系统所使用的ECC算法提出了从大数模幂和大数模乘两级改善整体算法性能的方案。这个算法改进方案属于ECC算法素域运算层的改进方案,经过测试,算法性能改进明显。接下来本文讨论了嵌入式系统在数据传输以及数据存储过程中的容错问题,具体结合本课题所研究的系统,分析了系统容错的需求。同时提出了一种基于本原BCH码的Nand Flash的容错方案,并提出了BCH容错系统的软件实现方法,通过演示程序给出了系统的测试结果。嵌入式系统ECC算法性能改进方案以及系统容错方案的提出对于应用于低端嵌入式设备中的ECC算法的性能改进以及一些资源稀缺、可靠性一般的相关嵌入式加密系统、嵌入式Nand Flash存储设备的开发具有实际意义。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究的背景及意义
  • 1.1.1 课题研究背景
  • 1.1.2 课题研究的意义
  • 1.2 本论文的内容安排
  • 1.2.1 主要研究内容
  • 1.2.2 研究的重点难点
  • 1.2.3 论文的结构安排
  • 第2章 嵌入式密码器系统的介绍
  • 2.1 系统整体结构
  • 2.2 嵌入式设备的硬件组成
  • 2.3 系统存在的问题
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 ECC 算法基本原理
  • 3.1 实数域上的椭圆曲线
  • 3.2 Zp 上的椭圆曲线
  • 3.3 ECC 算法的实现
  • 3.4 本章小结
  • 第4章 ECC 算法性能的分析及瓶颈的研究
  • 4.1 ECC 算法性能的分析
  • 4.2 ECC 算法瓶颈的研究
  • 4.3 本章小结
  • 第5章 ECC 算法性能的改进
  • 5.1 传统的大数模幂算法——BR 算法
  • 5.2 改进的BR 算法
  • k 进制k 值的选取'>5.3 2k 进制k 值的选取
  • 5.4 大数平方算法的改进
  • 5.5 算法性能测试
  • 5.6 进一步的改进策略
  • 5.7 本章小结
  • 第6章 嵌入式加密系统的容错方案
  • 6.1 系统的容错需求
  • 6.2 USB 协议中的容错机制
  • 6.3 Nand Flash 的容错机制
  • 6.4 可行的容错方案
  • 6.4.1 容错方案的分析
  • 6.4.2 一种基于本原BCH 循环码的Nand Flash 容错机制
  • 6.5 本章小结
  • 第7章 BCH 码的基本理论
  • 7.1 差错控制码
  • 7.2 循环码
  • 7.2.1 循环码的定义及其性质
  • 7.2.2 循环码的编码方法
  • 7.2.3 循环码的译码方法
  • 7.3 BCH 码的基本理论
  • 7.3.1 有限域的概念
  • 7.3.2 构造GF（2m）
  • 7.3.3 有限域GF（2m）中元素的三种表示方法
  • 7.3.4 最小多项式
  • 7.3.5 BCH 码的定义
  • 7.3.6 求BCH 码的生成多项式
  • 7.4 BCH 码的编码译码方法
  • 7.4.1 BCH 码的编码方法
  • 7.4.2 BCH 码的译码方法
  • 7.5 本章小结
  • 第8章 基于本原BCH 码的容错机制的实现
  • 8.1 BCH 编译码器的软件实现
  • 8.1.1 公用部分软件的实现
  • 8.1.2 BCH 编码过程
  • 8.1.3 BCH 码的译码及纠错过程
  • 8.2 BCH 编译码系统演示
  • 8.3 嵌入式系统容错机制的实现
  • 8.4 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间取得的研究成果
  • 致谢

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