橢圓曲線密碼處理器是橢圓曲線密碼實(shí)現(xiàn)的重要方式,橢圓曲線密碼處理器關(guān)鍵技術(shù)研究具有重要理論和實(shí)踐意義。同課題組已有一款支持雙域576比特以內(nèi)曲線長(zhǎng)度的橢圓曲線密碼處理器,其在同類處理器中性能突出,但是資源消耗巨大。本文基于此款橢圓曲線密碼處理器,以優(yōu)化性能資源比為目標(biāo),從橢圓曲線密碼處理特征入手,針對(duì)橢圓曲線密碼處理器體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)算單元兩個(gè)方面開展研究。論文研究了在仿射坐標(biāo)下實(shí)現(xiàn)點(diǎn)加和倍點(diǎn)的調(diào)度特征,建立了點(diǎn)加和倍點(diǎn)調(diào)度優(yōu)化模型,提出了異構(gòu)雙路并行的處理器體系結(jié)構(gòu);在此基礎(chǔ)上研究了超長(zhǎng)指令字(Very Long Instrustion Word,VLIW)指令面向橢圓曲線密碼應(yīng)用適配特點(diǎn),吸收超標(biāo)量結(jié)構(gòu)亂序執(zhí)行思想,提出了一種VLIW-matrix指令執(zhí)行模式;針對(duì)異構(gòu)雙路并行結(jié)構(gòu)和VLIW-matrix指令執(zhí)行模式,提出了分層分簇式存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了分層式寄存器堆和向量結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器,能夠有效提高數(shù)據(jù)調(diào)度效率,提升了橢圓曲線密碼處理器處理性能。論文研究了橢圓曲線密碼處理器運(yùn)算單元設(shè)計(jì),采用在仿射坐標(biāo)下優(yōu)化模除運(yùn)算的設(shè)計(jì)思路,提出了雙比特掃描模除算法,設(shè)計(jì)了高速模除單元;隨后提出了雙比特掃描模乘算法,設(shè)計(jì)了基于加法器的模乘單元;最后,對(duì)模除和模乘單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了統(tǒng)一,設(shè)計(jì)了以模除結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)、可以實(shí)現(xiàn)有限域全部運(yùn)算、功能可裁剪的統(tǒng)一功能單元。理論和實(shí)驗(yàn)評(píng)估表明,基于本文優(yōu)化的模除、模乘單元,在仿射坐標(biāo)下實(shí)現(xiàn)點(diǎn)加和倍點(diǎn)超過了投影坐標(biāo)下實(shí)現(xiàn)性能,且功能單元資源極大縮減。最后,本文對(duì)提出的橢圓曲線密碼處理器體系結(jié)構(gòu)和運(yùn)算功能單元進(jìn)行了實(shí)現(xiàn),并從軟件模擬、硬件仿真、FPGA驗(yàn)證等不同層面進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證。性能對(duì)比結(jié)果表明,本文的設(shè)計(jì)優(yōu)化達(dá)到了保持較高性能下優(yōu)化資源的設(shè)計(jì)初衷,以原處理器38%的資源實(shí)現(xiàn)了94%的性能,為設(shè)計(jì)高效的橢圓曲線密碼處理器提供了新的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
【學(xué)位單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TN918.2

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊曉輝;戴紫彬;李淼;張永福;;面向橢圓曲線密碼的處理器并行體系結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計(jì)[J];通信學(xué)報(bào);2011年05期

2 楊同杰;戴紫彬;楊曉輝;張軍;;一種雙域Montgomery求逆算法與硬件實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2010年13期

3 楊曉輝;戴紫彬;張永福;;可重構(gòu)分組密碼處理結(jié)構(gòu)模型研究與設(shè)計(jì)[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2009年06期

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本文編號(hào)：2819930