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简论专用指令集安全处理器设计和实现查抄袭率理工

收藏本文 2024-01-14 点赞:7975 浏览:25466 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着信息安全技术的快速普及,学算法获得了越来越广泛的运用。在嵌入式信息安全技术领域,有着两种传统的算法实现策略:一种是在嵌入式系统中对通用嵌入式处理器(GPP)进行编程,将复杂的运算用程序语言实现。这种可编程的实现方式灵活性好,但一般速度较慢,随着实际运用中算法运算强度的不断提升,这种策略已越来越不能适应要求;另一种策略则是在嵌入式系统中,针对特定的算法设计硬件加速器(ASIC)。这种策略无需复杂的软件编程,算法实现速度快,但同时ASIC的实现方式也带来了成本高、系统复杂和灵活性差等不足。为了克服传统案例的缺陷,目前专用指令集安全处理器作为一种全新的设计案例得到了重视和进展。在运用算法时,专用指令集安全处理器兼具通用处理器的灵活性和ASIC的高效性,并能够有效地降低设计成本。本论文基于专用指令集架构提出了一种低成本、高性能的安全处理器解决案例,能够适用于各种嵌入式信息安全系统。本论文通过浅析RSA、AES和SHA-1等算法,提取并改善了算法中最复杂的运算步骤。在处理器结构内部,优化处理器的数据通路,并以较少的硬件代价大大加强了运算单元对这些步骤的支持。本论文设计的专用指令集具有很高的算法执行性能,同时也为算法实现提供了很高的灵活性。由此本论文的安全处理器能够实现软件的灵活性和硬件的高效性的有机统一。为有效验证本论文的软硬件设计,本论文以安全处理器为核心搭建了SoC测试平台。SoC芯片采取了IC 0.18um工艺流片,测试结果表明,该芯片的各项性能指标都达到了预期的目标。由于本论文设计的处理器具备低成本、高性能和灵活性好的综合优点,由此它在无线通信设备、高端智能卡、安全潜入使系统等领域将具有非常良好的运用前景。关键词:信息安全论文公钥论文私钥论文专用指令集论文处理器论文

    摘要4-5

    ABSTRACT5-6

    第一章 引言6-16

    1.1 学概论6-11

    1.1.1 对称密钥学7-10

    1.1.2 公钥学10-11

    1.2 嵌入式处理器的探讨与进展11-14

    1.2.1 通用嵌入式处理器13-14

    1.2.2 专用嵌入式处理器14

    1.3 本论文探讨目标与探讨内容14-15

    1.4 论文的内容和章节安排15-16

    第二章 专用指令集安全处理器系统结构设计16-28

    2.1 处理器系统结构概论16-21

    2.1.1 CISC和RISC指令集16-17

    2.1.2 冯·诺依曼和哈佛结构17-20

    2.1.3 五级经典流水线结构20-21

    2.2 专用指令集安全处理器总体架构设计21-27

    2.2.1 寄存器堆改善22-23

    2.2.2 流水线冲突解决机制23-25

    2.2.3 异常制约逻辑设计25-27

    2.3 本章小结27-28

    第三章 安全处理器运算单元设计与集成28-54

    3.1 算法简述28-39

    3.1.1 RSA算法介绍30-31

    3.1.2 AES算法介绍31-37

    3.1.3 SHA-1算法介绍37-39

    3.2 低成本、高性能的MONTGOMERY算法实现策略39-44

    3.2.1 Scalable Montgomery算法39-41

    3.2.2 Scalable Montgomery算法硬件实现41-44

    3.3 低成本的AES算法实现策略44-52

    3.3.1 AES算法硬件实现介绍44-47

    3.3.2 低成本AES算法流程47-49

    3.3.3 低成本AES算法硬件实现49-52

    3.4 SHA-1硬件实现52-53

    3.5 本章小结53-54

    第四章 处理器指令集设计及算法软件实现54-62

    4.1 专用指令集介绍54-56

    4.2 算法软件实现56-61

    4.2.1 RSA算法软件实现56-58

    4.2.2 AES算法软件实现58-60

    4.2.3 SHA-1算法软件实现60-61

    4.3 指令集扩展策略探讨61

    4.4 本章小结61-62

    第五章 安全处理器芯片AEGIS的功能验证与性能测试62-73

    5.1 SOC硬件测试平台设计62-65

    5.1.1 SoC硬件架构概述62-64

    5.1.2 Amba~(TM)总线介绍64-65

    5.2 软件测试平台设计65-67

    5.2.1 桌面软件介绍65-67

    5.2.2 测试程序设计67

    5.3 FPGA验证67-68

    5.4 芯片测试68-72

    5.4.1 测试环境68-69

    5.4.2 RSA功能验证及性能测试69-70

    5.4.3 AES功能验证及性能测试70-71

    5.4.4 SHA-1功能验证及性能测试71

    5.4.5 USB2.0功能测试71-72

    5.4.6 SoC芯片的功耗72

    5.5 本章小结72-73

    第六章 总结与展望73-75

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