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基于高层次综合的AES算法研究与设计
  • ISSN号:1001-9081
  • 期刊名称:《计算机应用》
  • 时间:0
  • 分类:TP309.7[自动化与计算机技术—计算机系统结构;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]中国科学院信息工程研究所,北京100093, [2]信息内容安全技术国家工程实验室,北京100093, [3]北京特种工程设计研究院,北京100028
  • 相关基金:国家自然科学基金青年科学基金资助项目(61402475);新疆自治区科技专项(201230123).
中文摘要:

由于对广泛使用的AES算法的性能要求越来越高,基于软件的密码算法已经越来越难以满足高吞吐量密码破解的需求,因此越来越多的算法利用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)平台进行加速。针对AES算法在FPGA硬件上存在的开发复杂度高且开发周期长等问题,采用高层次综合(HLS)设计方法,使用高级程序语言描述并设计AES硬件加速算法。首先利用循环展开等提高运算并行度;其次使用资源平衡技术进行优化,充分利用片上存储和电路资源;最后添加全流水结构,提高整体设计的时钟频率和吞吐量,同时也详细对比分析基准设计、利用结构展开、资源均衡以及流水线优化方法的设计。经过实验表明,在Xilinx xc7z020clg484 FPGA芯片上,最终AES算法的时钟频率最高达到127.06 MHz,而吞吐量达到了16.26 Gb/s,较之基准的AES设计,性能提升了三个数量级。

英文摘要:

Due to the increasingly high performance requirements on the Advanced Encryption Standard (AES) algorithm which was widely used, software-based cryptographic algorithms have been increasingly difficult to meet the demands of high- throughput ciper cracking. As a result, more and more encryption algorithms have been accelerated by using Field- Programmable Gate Array (FPGA) platform. Focused on the issue that the development of AES algorithm based on FPGA has high complexity and long development cycle, with High-Level Synthesis (HLS) design methodologies, AES hardware acceleration algorithm was designed by using high-level programming language. Firstly, loop unrolling, ete were used to improve operation parallelism. Secondly, to make full use of on-chip memory and circuit resources, the resource balance optimization technology was used. Finally, the full pipeline structure was added to improve the clock frequency and throughput of the overall design. The detailed analysis and comparison of the benchmark design and different optimized designs with structural expansion, resource balance and pipeline were decribed. The experimental results show that the clock frequency of AES algorithm is up to 127.06 MHz and the throughput eventually achieves 16.26 Gb/s on Xilinx xc7zO20clg484 platform, compared with the benchmark AES design, performance increases by three orders of magnitude.

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期刊信息
  • 《计算机应用》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:四川省科学技术协会
  • 主办单位:四川省计算机学会中国科学院成都分院
  • 主编:张景中
  • 地址:成都市人民南路四段九号科分院计算所
  • 邮编:610041
  • 邮箱:xzh@joca.cn
  • 电话:028-85224283
  • 国际标准刊号:ISSN:1001-9081
  • 国内统一刊号:ISSN:51-1307/TP
  • 邮发代号:62-110
  • 获奖情况:
  • 全国优秀科技期刊一等奖,国家期刊奖提名奖,中国期刊方阵双奖期刊,中文核心期刊,中国科技核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,波兰哥白尼索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:53679