检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：顾文军上海大学

学位级别：硕士

在信号处理、通信等诸多工程应用领域中,小波变换以其能在时频两域内表征信号局部特性的能力,发挥着极其重要的作用.但因为它具有较高的计算复杂度和很强的数据关联度,所以硬件实现难度较大.现今的几种小波变换的硬件实现方案及芯片设... 详细信息

在信号处理、通信等诸多工程应用领域中,小波变换以其能在时频两域内表征信号局部特性的能力,发挥着极其重要的作用.但因为它具有较高的计算复杂度和很强的数据关联度,所以硬件实现难度较大.现今的几种小波变换的硬件实现方案及芯片设计都正在探索研究之中,如何将小波理论应用于工程技术领域并设计出相应的实时处理芯片,是信号处理、数学、IC设计领域人士长期以来努力的目标.本文从实际应用的角度出发,研究了小波变换与工程技术结合的基础理论,并对快速离散小波变换的Mallat算法加以改进;研究了离散小波变换的硬件架构,并进行了芯片设计,最后通过FPGA仿真得以验证.本文以小波变换的理论为基础,根据实时性、通用性、可参数化和片上实现的系统设计目标,最终确定了离散小波变换的硬件架构实现方案.在该方案的实现过程中,采用了双缓冲的存储系统结构,并通过对内部数据规律的进一步研究,提出了一种存储器优化技术—同址运算,降低了对存储容量的要求,提高了硬件利用率.在运算单元设计过程中,在双缓存结构的作用下,通过运用4级流水线技术,进一步提高了系统实时处理数据的能力,更有利于将其用于多媒体信号处理等实时处理系统.另外,本文还专门探讨了如何将小波变换的良好特性用于信号消噪.在消噪算法的选择上,考虑到硬件的可实现性,采用了不定阈值法.在最后的芯片设计上,采用了Top-Down的设计思想,最终完成了离散小波变换硬件架构的芯片设计(逻辑功能设计),并进行了相应的系统级功能仿真,确保了设计的可行性和正确性,验证了本文所提出的离散小波变换硬件架构的正确性和可实现性,为后面的进一步研究打下了坚实的基础.

关键词：小波变换信号处理硬件实现架构 FPGA仿真

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面向轻量级分组密码的高性能可重构架构

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计算机辅助设计与图形学学报 2022年第4期34卷 527-534页

作者：黄海徐江孙铭玮于斌马超方舟曲家兴哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院哈尔滨150080 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院哈尔滨150080 黑龙江省网络空间研究中心哈尔滨150090

针对目前采用专用集成电路的硬件实现架构难以满足不同应用对灵活性需求的问题,提出一种面向轻量级分组密码的高性能可重构架构(HRALBC).通过分析42种主流的轻量级分组密码算法,提取出算法的模式特征和组合特征;以模式特征结果和组合特... 详细信息

针对目前采用专用集成电路的硬件实现架构难以满足不同应用对灵活性需求的问题,提出一种面向轻量级分组密码的高性能可重构架构(HRALBC).通过分析42种主流的轻量级分组密码算法,提取出算法的模式特征和组合特征;以模式特征结果和组合特征结果为依据设计出可重构处理单元;根据算法映射规律设计可重构处理单元阵列,进而进行架构整体设计.将不同类型算法映射到HRALBC上,验证其功能正确性并分析映射结果.实验结果表明,在TSMC 55 nm CMOS工艺下,HRALBC的工作频率最高可达429MHz,总面积为1.23百万等效门(GE),对于不同密码算法面积效率最高可达22.33Gbit·s^(-1)·MGE^(-1);与Anole相比,对于PRESENT64/80,SPECK64/128和SIMON64/128算法,可重构单元利用率分别提高16.67%,16.67%和13.89%,面积效率分别提高66.64%,66.64%和11.04%.

关键词：轻量级分组密码信息安全可重构计算硬件实现架构

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面向双线性对的F_(p^(2))-FIOS模乘算法及其实现架构研究

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通信学报 2022年第2期43卷 100-108页

作者：姜占鹏孙铭玮黄海徐江刘志伟白瑞方舟曲家兴哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨理工大学电气与电子工程学院黑龙江哈尔滨150080 黑龙江省网络空间研究中心黑龙江哈尔滨150090

针对双线性对运算效率低的问题,提出了一种面向双线性对的二次扩域细集成操作数扫描(F_(p^(2))-FIOS)模乘算法。该算法通过优化二次扩域下(AB+CD)mod P的运算过程,有效降低了模乘中的模约减次数;设计了满足不同应用需求的2种硬件架构及... 详细信息

针对双线性对运算效率低的问题,提出了一种面向双线性对的二次扩域细集成操作数扫描(F_(p^(2))-FIOS)模乘算法。该算法通过优化二次扩域下(AB+CD)mod P的运算过程,有效降低了模乘中的模约减次数;设计了满足不同应用需求的2种硬件架构及其调度方式以提升算法的计算效率;采用TSMC 55 nm工艺实现了双线性对运算单元。与现有文献相比,所设计的架构在一次模乘时间、时钟频率和面积时间积等性能指标上优于同类模乘设计,在整体Optimal ate对运算实现上也有一定的优势。

关键词：双线性对扩域模乘硬件实现架构

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轻量级分组密码可重构架构设计与实现

轻量级分组密码可重构架构设计与实现

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作者：徐江哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

轻量级分组密码算法是保证资源受限设备安全性的重要基石,目前实现方式主要有基于专用集成电路的硬件实现和基于通用处理器的软件实现,前者难以满足不同应用对加密算法灵活性的需求,后者难以满足不同应用对加密算法高性能实现的需求。... 详细信息

轻量级分组密码算法是保证资源受限设备安全性的重要基石,目前实现方式主要有基于专用集成电路的硬件实现和基于通用处理器的软件实现,前者难以满足不同应用对加密算法灵活性的需求,后者难以满足不同应用对加密算法高性能实现的需求。可重构计算架构兼具高性能和灵活性大的优点,为解决上述问题提供了科学有效的解决方案。当前鲜有面向轻量级分组密码的可重构架构,而面向传统的分组密码的可重构架构虽然也能实现轻量级分组密码,但实现性能并不理想,针对该问题本文提出了一种面向轻量级分组密码的高性能可重构架构。本文首先通过分析42种主流的轻量级分组密码算法,进而提取出算法的算子特征;然后,分析所提取的模式特征结果和组合特征结果,进而对可重构处理单元进行设计;接下来,根据轻量级分组密码算法的映射规律,对可重构处理单元阵列进行设计,进而进行架构的整体设计。下一步,通过将PRESENT64/80算法（基于SP网络结构的典型轻量级分组密码算法）、SIMON64/128算法（基于Feistel网络结构的典型轻量级分组密码算法）和SPECK64/128算法（基于ARX结构的典型轻量级分组密码算法）映射到本文所设计的可重构架构上,得到可重构单元利用率,对可重构单元利用率与其他可重构密码架构进行比较分析。最后,对PRESENT64/80算法、SIMON64/128算法和SPECK64/128算法进行功能仿真,功能仿真通过之后进行逻辑综合,得到面积效率,对面积效率与其他可重构密码架构进行比较分析。本文设计的可重构密码架构采用TSMC 55 nm CMOS工艺实现,工作频率最高可达429 MHz,总面积为1.23百万等效门（MGE）,对于不同密码算法,面积效率最高可达22.33 Gbit·s-1·MGE-1。与其他可实现轻量级分组密码的可重构架构相比,可重构单元利用率提高8.34%～18.94%,面积效率提高11.04%～7103.00%。

关键词：轻量级分组密码信息安全可重构计算硬件实现架构

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通用小波包变换处理器芯片的设计研究

通用小波包变换处理器芯片的设计研究

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作者：庞峰上海大学

学位级别：硕士

文章以小波包变换在信号实时处理的应用为前提,以小波/小波包变换的理论为基础,根据实时性、通用性、可参数化和片上实现的系统设计目标,最终确定了基于分帧处理的小波包变换处理器硬件架构方案.在该方案的实现过程中,采用了双缓冲的存... 详细信息

文章以小波包变换在信号实时处理的应用为前提,以小波/小波包变换的理论为基础,根据实时性、通用性、可参数化和片上实现的系统设计目标,最终确定了基于分帧处理的小波包变换处理器硬件架构方案.在该方案的实现过程中,采用了双缓冲的存储系统结构,满足了系统对外部的实时性要求,并通过对内部数据规律的进一步研究,提出了一种存储器优化技术—同址运算,降低了对存储容量的要求,提高了硬件利用率.在运算单元设计过程中,在双缓存结构的作用下,通过运用4级流水线技术,进一步提高了系统实时处理数据的能力,更有利于将其用于多媒体信号处理等实时处理系统.同时,该文还专门探讨了如何将小波包变换的良好特性用于信号消噪,并进行了消噪单元的硬件化设计.在消噪算法的选择上,考虑到硬件的可实现性,采用了不定阈值法.虽然不能与许多先进的软件算法相比,但仍足以满足实际精度的要求.在系统设计方法上,作者采用自上而下的IC设计思想,最终完成了通用小波包变换处理器系统芯片的逻辑功能设计,并进行了相应的系统级功能仿真,以确保设计的可行性和正确性.结果表明:该文所提出的小波包处理器硬件架构完全能实现系统设计目标,且较传统架构更具优势.

关键词：小波/小波包变换硬件实现架构信号消噪 FPGA仿真

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高性能椭圆曲线标量乘算法的研究

高性能椭圆曲线标量乘算法的研究

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作者：杨晓秋哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

互联网的快速发展直接关系到科技创新、信息产业发展以及知识经济的兴起。信息网络正在成为经济繁荣、社会稳定以及国家发展的基础,信息化严重影响世界经济的整合、国家战略的调整以及对安全观念的转变。在这样的全球信息化背景下,在为... 详细信息

互联网的快速发展直接关系到科技创新、信息产业发展以及知识经济的兴起。信息网络正在成为经济繁荣、社会稳定以及国家发展的基础,信息化严重影响世界经济的整合、国家战略的调整以及对安全观念的转变。在这样的全球信息化背景下,在为中国迎接和发展难得的机遇的同时,国家安全也面临着严峻的挑战。而密码技术又在通信过程中起到了安全、保密、完整且不被篡改的作用,所以本文主要对密码体制的分支之一——椭圆曲线密码(Elliptic Curve Cryptography,ECC)进行研究与分析。本文主要通过对ECC标量乘算法的研究,设计出一种低复杂度的标量乘算法,并且对该算法进行了整体硬件设计与实现。由于素数域比二元域安全性更高,所以本文选取NIST推荐的P521、P384以及P256三条素数域曲线作为硬件设计与实现所用的曲线。论文主要内容如下:(1)通过将标量乘算法分为无预计算算法和有预计算算法,并对有预计算的算法进行了分析,得出有预计算算法虽然能够取得较好的效果,但仍存在着不适用于窗口宽度较大、使用寄存器较多、预计算量过大等问题。针对以上问题,本文在窗口非相邻算法(Window Width-Non-Adjacent-Form,w NAF)的基础上做了改进,提出了一种低复杂度的改进w NAF算法,为了保证算法的正确性,使用Python ***-213.6777.50版本进行了验证。相较于w NAF算法,当窗口宽度为11时,预计算点分别减少了98.83%;标量乘计算复杂度优化了78.23%。(2)设计了一种面向三条素数域曲线的ECC处理单元,首先对模乘单元、模加减单元以及模逆单元进行了设计,其次本文采用一个模加单元和两个模乘单元并行运算的模式完成了对点加和倍点进行架构设计,这样设计不仅能在较少的周期中完成点加、倍点的运算,提高标量乘的运算速度,而且充分利用了模加单元和模乘单元,减少资源浪费。通过模逆单元进行坐标转换以及存储器对中间结果的存储,得到了ECC处理单元硬件架构图,最后,对所设计的处理单元进行Verilog建模,使用Modelsim进行仿真和DC逻辑综合。

关键词：信息安全椭圆曲线密码标量乘硬件实现架构

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SM9标识密码算法关键技术研究

SM9标识密码算法关键技术研究

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作者：孙铭玮哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

随着信息技术的飞速发展,信息的保密性至关重要,密码学也成为国家信息安全的有力保障。SM9是我国自主研发,并于2016年由国家密码管理局发布采用的一项标识密码标准。双线性对(Pairing)在基于标识的密码(Identity-Based Crypto system,I... 详细信息

随着信息技术的飞速发展,信息的保密性至关重要,密码学也成为国家信息安全的有力保障。SM9是我国自主研发,并于2016年由国家密码管理局发布采用的一项标识密码标准。双线性对(Pairing)在基于标识的密码(Identity-Based Crypto system,IBC)体系应用领域被广泛采用。以双线性对为基础构建的SM9与传统公钥密码相比,具有更复杂的数学结构及运算过程。因此,提升双线性对的计算效率是提升SM9整体性能的关键技术。本文以提升双线性对的计算效率为目标,对Optimal ate双线性对算法及计算过程深入研究,提出一种Fp-FIOS模乘算法,提高了双线性对运算效率。本文通过对双线性对的基础理论和现有算法的分析得知,二次扩域(Quadratic Extension Field,Fp)是双线性对中的基本运算域,提升Fp中模乘的计算效率对提高双线性对计算效率是一种有效的方法。基于上述观点,本文提出一种面向双线性对的Fp-FIOS模乘算法,可用于计算形如(A·B+C·D)mod P的模乘;该算法通过合并模约减过程减少了计算冗余量;并为算法设计了两种并行调度方式。算法不仅可用于SM9,还包括其它参数范围内的IBC方案。依据Fp-FIOS算法设计实现了模乘运算单元及双线性对运算单元,并进行验证。本文针对不同的应用需求,提出了两种基于Fp-FIOS的模乘架构,利用该模乘架构设计了双线性对运算单元并采用SM9标准参数验证。在TSMC 55nm标准工艺条件下,对不同乘法字长的模乘架构与双线性对运算单元进行实现与性能分析。结果表明乘法字长为64位时,两种模乘架构的最高工作频率均可以达到2.0GHz,面积分别为110K和139K等效门,完成一次模乘分别需要15.5ns和12.0ns。与现有文献相比,所提出的架构在一次模乘时间、最高工作频率和面积时间积等性能指标上优于同类型模乘设计。双线性对运算单元工作频率为500MHz,仅需97824个时钟周期完成128位安全等级的Optimal-ate对计算,所需时间为0.186ms,面积为850K等效门。通过对比可知,采用Fp-FIOS算法的双线性对运算单元与同类型设计相比,在运算时间上有较为明显的优势。

关键词： SM9 双线性对椭圆曲线蒙哥马利模乘硬件实现架构

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