密码算法与可重构系统：冗余优化与算法映射策略

"本文探讨了密码可重构阵列设计中的冗余功能单元优化问题，旨在提高密码算法处理的效率和安全性。通过建立分组密码算法图分析模型，提取算法特征，并基于VF2子图同构的算法映射方案，实现了大量分组密码算法的自动化映射，从而优化了功能单元的利用率。实验结果表明，提出的可重构阵列架构方案在功能单元平均利用率和面积效率上均有显著提升。" 在当前的信息安全领域，密码算法扮演着至关重要的角色。随着数据量的急剧增长和对安全性的更高要求，可重构系统因其灵活性和高效性成为了处理数据密集型应用的理想选择。特别是在密码学中，密码算法处理的数据量巨大，传统的静态硬件难以满足不断提升的性能需求。因此，将可重构技术应用于密码算法是解决这一问题的有效途径。 本文的核心贡献在于提出了一种针对分组密码算法的冗余功能单元优化的密码可重构处理元素（PE）阵列设计方案。首先，作者建立了一个分组密码算法的图分析模型，该模型能够深入研究多种密码算法的结构特性，包括模式特征、组合特征和次序特征。这些特征对于理解算法的本质并指导阵列设计至关重要。 接下来，基于提取的算法特征，作者提出了一个初始的PE阵列设计方案，并利用VF2子图同构算法进行映射。VF2算法是一种用于寻找图之间的同构关系的方法，这里被用来自动化地将各种分组密码算法映射到设计的可重构阵列上。这种方法能够有效地分配资源，确保算法的高效执行。 通过对大量分组密码算法进行映射实验，作者分析了功能单元的使用情况，识别出存在的冗余，并进行了多轮迭代优化，以消除冗余并最大化资源利用率。电路实现部分采用了TSMC40nm CMOS工艺，运行频率达到500MHz，展示了良好的硬件实现性能。 实验结果显示，与现有的面向分组密码算法的可重构处理器阵列架构相比，提出的方案在功能单元平均利用率上提高了83.2%至168.5%，面积效率提升了57.1%至643.5%。这些显著的提升证明了所提出的冗余优化策略的有效性和实用性。 总结来说，本文通过深入研究密码算法的内在特性，结合可重构系统的优势，提出了一种优化的密码可重构阵列设计方案，解决了现有架构中的功能冗余问题，提升了系统性能和效率。这项工作不仅对密码学硬件设计有重要启示，也为未来可重构系统在数据密集型应用中的广泛应用提供了新的思路。