【摘 要】
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信息安全已经成为智能时代最受瞩目的议题之一，而作为信息安全的核心，如何更加高效地处理加解密算法至关重要。本文选取了多种常用的对称密码算法作为研究的切入点，研究对称密码
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信息安全已经成为智能时代最受瞩目的议题之一，而作为信息安全的核心，如何更加高效地处理加解密算法至关重要。本文选取了多种常用的对称密码算法作为研究的切入点，研究对称密码算法的硬件加速体系结构。目前常见的处理方式主要有基于通用处理器方式，基于专用集成电路的方式，可重构计算的方法以及扩展指令集的方法。通过分析这些方法的优劣性后，我们选择了扩展指令集的方法进行设计，这种方式既可以保证加解密处理的速度，也具备了软件处理方式的灵活性。 本文在分析了对称密码算法的数学模型以及分类与结构的基础上对于对称密码算法的分支分组密码算法和序列密码算法进行统计分析，抽象归纳出算法的运算模块，并结合MIPS体系结构的特点提出了6类适用于专用密码指令的操作。通过对MIPS指令集体系结构的分析，我们确定了扩展指令集设计的基本原则，以确保我们的设计不违背RISC的原则。在此原则的约束下，我们按照MIPS的指令编码格式对于移位运算、置换操作、S盒运算、有限域乘法操作、模加和模乘运算进行指令设计，并针对这六类指令完成了功能模块和数据通路的设计与实现。 我们通过软件模拟仿真的方式对于加解密体系结构的设计进行了验证，结果证明了设计在功能上的正确性;我们也在FPGA平台上是进行了硬件的实现，并分析了时钟以及资源的占用情况。最后，我们对扩展指令集的体系结构进行了性能评估，结果表明，基于扩展指令集方式的指令条数较通用处理器方式有了大幅度下降，而吞吐率有几倍到十几倍的提高。 本文中的设计是兼容MIPS体系结构的，可以适用于多款MIPS以及MIPS兼容的平台，具有较好的通用性和可扩展性，为以后SIMD方式和异构计算方式的实现打下了良好的基础。
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