固定多算法可重构分组密码处理结构的研究

论文摘要

采用可重构技术设计密码处理系统,使同一硬件有效支持多种不同的密码算法,同时满足系统对性能和灵活性的需求,在军事和商业领域具有很大的应用价值。论文对多个固定算法的可重构分组密码处理系统设计问题展开了研究,并结合AES、CRYPTON和SERPENT算法进行了可重构系统的设计。论文分析分组密码算法的特点及整体结构特征和可重构密码处理系统特点。在此基础上,从结构模型、硬件构成、工作流程三个方面对固定多算法可重构密码处理芯片进行了研究,提出一种针对固定多算法可重构密码处理结构的解决方案。论文结合AES、CRYPTON和SERPENT算法特点,研究固定多算法可重构密码处理芯片设计技术。论文从加脱密算法的数据处理流程入手,设计加脱密算法的数据处理路径;从子密钥生成算法的数据处理流程入手,设计了子密钥生成算法的数据处理路径;论文对关键模块进行可重构设计,包括S盒替代操作、字节置换操作、移位操作等。论文分析了三种分组密码算法在固定多算法可重构密码结构上的映射,评估了系统处理数据占用的时钟周期和吞吐率,结果表明,固定多算法可重构分组密码处理结构既能够达到较高的性能,同时能够保证算法应用的灵活性的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究内容以及意义
• 1.2.1 研究内容
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 论文结构与创新点
• 1.3.1 论文结构
• 1.3.2 主要创新点
• 第二章 可重构分组密码芯片设计综述
• 2.1 分组密码算法研究
• 2.1.1 分组密码算法简介
• 2.1.2 分组密码的整体结构特征
• 2.1.3 分组密码的实现研究
• 2.2 可重构技术
• 2.2.1 可重构计算的基本概念
• 2.2.2 可重构体系结构的概念和分类
• 2.3 可重构密码处理系统
• 2.3.1 可重构密码处理系统的特点
• 2.3.2 国内外研究现状
• 2.4 本章小节
• 第三章 固定多算法可重构密码处理芯片总体研究
• 3.1 结构模型
• 3.1.1 指令流处理器结构模型
• 3.1.2 数据流处理器结构模型
• 3.1.3 方案选择
• 3.2 总体构成
• 3.2.1 子密钥生成策略
• 3.2.2 总体构成
• 3.2.3 方案比较与选择
• 3.3 工作流程
• 3.3.1 处理步骤
• 3.3.2 重构策略
• 3.3.3 系统工作流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 加脱密数据路径研究与设计
• 4.1 加脱密处理流程
• 4.1.1 AES算法
• 4.1.2 CRYPTON算法
• 4.1.3 SERPENT算法
• 4.2 加脱密算法数据路径设计
• 4.2.1 重构单元分析
• 4.2.2 数据路径
• 4.3 关键模块设计
• 4.3.1 可重构S盒替代模块设计
• 4.3.2 字节置换模块设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 子密钥生成模块数据路径研究与设计
• 5.1 子密钥生成流程
• 5.1.1 AES子密钥生成算法
• 5.1.2 CRYPTON子密钥生成算法
• 5.1.3 SERPENT子密钥生成算法
• 5.2 子密钥生成数据路径设计
• 5.2.1 重构单元分析
• 5.2.2 数据路径
• 5.3 可重构移位单元设计
• 5.3.1 实现原理研究
• 5.3.2 电路设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 算法映射与实验验证
• 6.1 算法的映射
• 6.1.1 AES算法的映射
• 6.1.2 CRYPTON算法的映射
• 6.1.3 SERPENT算法的映射
• 6.2 性能分析
• 6.2.1 周期估算
• 6.2.2 性能评估
• 6.2.3 性能比较
• 6.3 验证原型设计实现
• 6.3.1 验证原型设计
• 6.3.2 实现结果
• 6.3.3 仿真验证
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢