發(fā)布時間：2020-08-15 10:37

【摘要】： 傳統(tǒng)上實現(xiàn)密碼算法都是采用專用密碼芯片和通用微處理器兩種途徑。專用密碼芯片由于針對固定算法進行加密,速度快但靈活性較差;而通用微處理器雖然具有很大的靈活性,但密碼處理速度較低。本文針對上述矛盾在RISC通用微處理器架構(gòu)的基礎(chǔ)上,研究并設計能高效實現(xiàn)分組密碼算法的專用指令密碼處理器。 論文分析了RISC處理器在實現(xiàn)密碼算法中存在的問題,結(jié)合密碼應用的特殊要求,提出了RISC結(jié)構(gòu)專用指令密碼處理器融合型結(jié)構(gòu)模型。該融合型結(jié)構(gòu)對RISC結(jié)構(gòu)進行了全新設計,融合了密碼處理功能,能夠有效地提高密碼處理性能。 論文擴展了一類專用密碼運算指令,高效實現(xiàn)了分組密碼處理中的S盒代替、比特置換、移位、有限域GF(2~8)域上矩陣乘法和算術(shù)模運算操作,大幅度提升了指令的執(zhí)行效率;論文設計了一種能夠靈活尋址的混合存儲結(jié)構(gòu),對數(shù)據(jù)采取數(shù)據(jù)存儲單元和專用存儲單元共同存儲的方式,加快了處理器對數(shù)據(jù)的訪問速度;論文研究了密碼處理中的資源相關(guān)、數(shù)據(jù)相關(guān)及控制相關(guān)問題,構(gòu)造了適合密碼運算的5級流水線結(jié)構(gòu),最后基于FPGA進行了實現(xiàn)。 論文使用專用軟硬件驗證系統(tǒng)對實現(xiàn)結(jié)果進行了系統(tǒng)驗證和性能分析。結(jié)果表明,本文所設計的RISC結(jié)構(gòu)專用指令密碼處理器可以靈活、高效地實現(xiàn)分組密碼算法,能夠滿足分組密碼處理的需求。
【學位授予單位】：解放軍信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TP332
【圖文】：

通用微處理器對置換操作的實現(xiàn)一般采用邏輯操作方式，邏輯操作方式就是采用AND、OR、SHIFT等簡單邏輯指令實現(xiàn)復雜的比特置換操作。在這種情況下，每lbit進行置換，需要進行以下四步操作，指令操作示意圖見圖3.7:(l)計算移動到目標比特位置的位移量(2)提取相應比特(AND指令)(3)將該比特移至相應位置(S川FT指令)(4)存儲到相應寄存器中(OR指令)第24貞

2bit置換實現(xiàn)

低低32bittt置換高高32bittt圖3.932bit置換實現(xiàn)置換組密碼算法的分組寬度越來越大，如何用Nx的置換，就成為一個關(guān)鍵問題。例如Serpeni舉例說明如何在NxN的置換單元上完成ZNx換指令執(zhí)行ZNbit置換時的主導思想就是:首，然后再進行這Nbit寄存器內(nèi)部的比特置換。置換后的結(jié)果分別存放在Rdl、RdZ中。圖it置換網(wǎng)絡實現(xiàn)ZNbit置換的，操作過程如下

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本文編號：2793996