可重構計算密碼處理器(精) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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劉雷波王博魏少軍... 編

圖書標籤:

• 可重構計算
• 密碼學
• 處理器
• 硬件安全
• 嵌入式係統
• FPGA
• 加速器
• 密碼處理器
• 計算機體係結構
• 信息安全

店铺： 木垛图书旗舰店

出版社： 科学

ISBN：9787030542441

商品编码：29701790720

开本：16

出版时间：2018-02-01

基本信息

• 商品名稱：可重構計算密碼處理器(精)
• 作者：劉雷波//王博//魏少軍
• 定價：160
• 齣版社：科學
• ISBN號：9787030542441

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2018-02-01
• 印刷時間：2018-02-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：精裝
• 頁數：337
• 字數：443韆字

內容提要

劉雷波、王博、魏少軍著的《可重構計算密碼處 理器》主要介紹基於可重構計算技術的密碼處理器係 統設計方法，包括密碼算法的動態重構實現特性分析 、處理器係統結構設計與軟件編譯技術，並以一款作 者團隊設計的可重構計算密碼處理器Anole為例講解 具體實現方案。在此基礎上，本書重點討論利用可重 構計算形式的局部動態重構特性與陣列式處理架構提 升密碼處理器抗物理攻擊安全性的設計方法，展望可 重構計算密碼處理器技術的未來發展。
     本書適閤電子科學與技術、密碼科學、網絡與信 息安全、計算機科學與技術等專業的科研人員、研究 生，以及工程師閱讀學習。
    

目錄

序
前言
第1章 緒論
1.1 信息安全與密碼處理器
1.2 密碼處理器的應用需求挑戰
1.3 傳統密碼處理器研究現狀
1.3.1 ASIC密碼處理器研究現狀
1.3.2 ISAP密碼處理器研究現狀
1.3.3 傳統密碼處理器的局限性
1.4 可重構計算密碼處理器技術
1.4.1 可重構計算概述
1.4.2 可重構計算密碼處理器研究現狀
參考文獻
第2章 密碼算法的重構特性分析
2.1 密碼算法功能及其分類
2.2 對稱密碼算法
2.2.1 分組密碼算法
2.2.2 序列密碼算法
2.3 雜湊算法
2.3.1 雜湊算法介紹
2.3.2 雜湊算法特點
2.3.3 雜湊算法共性邏輯
2.3.4 雜湊算法並行度
2.4 公鑰密碼算法
2.4.1 公鑰密碼算法介紹
2.4.2 公鑰密碼算法特點
2.4.3 公鑰密碼算法共性邏輯
2.4.4 公鑰密碼算法並行度
參考文獻
第3章 可重構計算密碼處理器硬件架構
3.1 可重構數據通路
3.1.1 可重構計算單元
3.1.2 互連網絡
3.1.3 數據存儲
3.1.4 異構模塊
3.2 可重構控製器
3.2.1 配置控製方法
3.2.2 控製狀態機
3.2.3 配置信息組織與存儲
參考文獻
第4章 可重構計算密碼處理器編譯方法
4.1 可重構計算處理器通用編譯方法
4.2 可重構計算密碼處理器關鍵編譯方法
4.2.1 代碼變換和優化
4.2.2 IR的劃分和映射
4.3 可重構計算密碼處理器算法編譯實例
4.3.1 對稱密碼算法實現舉例
4.3.2 雜湊算法實現舉例
4.3.3 公鑰密碼算法實現舉例
參考文獻

《可重構計算密碼處理器（精）》是一本深度探討特定計算架構在加密技術應用領域前沿進展的學術專著。本書並非聚焦於可重構計算本身，而是以其為基礎，重點剖析瞭如何將其獨特的設計理念和硬件實現方式，成功應用於構建高性能、高安全性、低功耗的密碼處理器。 本書的寫作宗旨在於填補當前計算機科學與密碼學交叉領域研究中的一個重要空白，即係統性地闡述可重構計算架構在實際密碼學應用中的可行性、優越性以及麵臨的挑戰。作者團隊由在計算架構、VLSI設計、信息安全以及密碼學等領域擁有深厚造詣的專傢組成，他們的研究成果與工程實踐相結閤，為本書提供瞭堅實的理論基礎和豐富的實踐案例。 核心內容涵蓋瞭以下幾個關鍵方麵： 第一部分：可重構計算基礎與密碼學應用接口 這一部分首先為讀者建立起對可重構計算核心概念的清晰認識。不同於傳統的固定功能的硬件加速器（如ASIC）或靈活但相對低效的軟件實現（如CPU/GPU），可重構計算（Reconfigurable Computing, RC）的核心在於其硬件結構的靈活性。本書將詳細介紹： 可重構計算的演進與分類： 從早期的時間可重構（Time-reconfigurable）到空間可重構（Spatially reconfigurable），以及兼具兩者的混閤模式。重點將放在那些能夠實現細粒度、動態重構的架構，這些架構為密碼算法的硬件實現提供瞭前所未有的設計空間。 核心硬件模型： 深入剖析各種典型可重構計算平颱，如FPGA（Field-Programmable Gate Array）、CGRAs（Coarse-Grained Reconfigurable Arrays）以及更具前瞻性的動態可重構硬件。我們將探討它們的內部結構、配置機製、數據流處理能力以及重構延遲等關鍵性能指標。 可重構計算與密碼算法的契閤點： 分析密碼算法的內在特性，例如其高度並行化的數據路徑、頻繁的比特/字節操作、以及對特定算術邏輯單元（ALU）的依賴。這些特性與可重構硬件的並行處理能力、按需配置功能單元的特性高度匹配，是構建高效密碼處理器的關鍵。本書將詳細闡述，為何可重構硬件能夠超越通用處理器在執行特定密碼任務時所遭遇的瓶頸。 重構的策略與開銷： 深入探討在密碼處理器設計中，如何平衡重構的靈活性與重構帶來的開銷（如配置時間、資源消耗、功耗）。我們將分析不同的重構策略，例如靜態重構（一次配置，長期使用）、動態重構（根據不同算法階段或不同算法切換進行配置），以及如何通過算法-硬件協同設計來最小化重構損耗。 第二部分：麵嚮主流密碼算法的可重構硬件架構設計 本書的第二部分是內容的核心，它將展示如何將可重構計算的理論轉化為實際的密碼處理器設計。我們將選取一係列具有代錶性的現代密碼算法，深入剖析其硬件實現麵臨的挑戰以及可重構解決方案的優勢。 對稱密碼算法的加速： 分組密碼（如AES）： 分析AES的輪函數、S盒、移位行、列混閤等模塊的計算特點。探討如何利用可重構陣列中的邏輯資源，高效地實現這些並行度高、算術密集型的操作。例如，通過動態配置查找錶（LUT）實現S盒的高速計算，或者構建靈活的數據通路來適應不同的AES密鑰長度和模式。 流密碼（如ChaCha20）： 探討流密碼中涉及的加法、異或、鏇轉等操作。分析可重構硬件如何通過配置簡單的邏輯單元和高效的數據調度，實現比通用處理器更高的吞吐量。 哈希函數（如SHA-256, SHA-3）： 深入研究Merkle-Damgård結構或海綿結構的工作原理。分析其中涉及的消息擴展、輪函數、壓縮函數等關鍵計算。重點闡述可重構硬件如何通過定製化的處理單元來加速這些計算密集型的過程，例如並行執行多個輪函數，或者高效實現多精度算術運算。 非對稱密碼算法的加速： 模加、模乘與模冪運算： 分析模加、模乘等基本運算在非對稱密碼（如RSA, ECC）中的重要性。探討如何利用可重構硬件構建高效的模算術單元，例如通過流水綫技術優化大數模乘，或者實現高效的模冪算法（如平方-乘法）。 橢圓麯綫密碼（ECC）： 深入分析ECC中的點加、點倍等運算。探討如何利用可重構硬件實現高效的點加法算法（如仿射坐標法、射影坐標法），以及如何針對特定的麯綫參數進行硬件優化，以達到極高的計算效率和安全性。 公鑰基礎設施（PKI）相關算法： 提及其他與PKI相關的算法，如數字簽名算法（DSA, ECDSA），以及如何在可重構平颱上實現其高效的驗證和簽名過程。 後量子密碼（PQC）算法的硬件實現： 隨著量子計算的威脅日益臨近，後量子密碼算法的研究成為熱點。本書將初步探討可重構計算在加速這些新興算法方麵的潛力。例如，基於格（Lattice-based）、編碼（Code-based）、多變量（Multivariate）和基於哈希（Hash-based）的密碼算法，其計算特點與傳統算法有所不同，例如涉及多項式運算、矩陣運算或組閤優化問題。本書將分析可重構硬件如何通過靈活配置和並行處理來應對這些新的計算需求，為PQC算法的早期硬件實現提供探索性思路。 第三部分：安全增強與功耗優化技術 高性能的密碼處理器不僅要求速度，更需要具備高度的安全性，並盡可能降低功耗，以滿足嵌入式係統和移動設備的需求。本書的第三部分將重點關注這些方麵。 側信道攻擊（SCA）防禦： SCA原理與威脅模型： 詳細介紹功耗分析（SPA/DPA）、電磁輻射分析（EMA）、時間分析（TA）等主流側信道攻擊。 可重構硬件的SCA免疫設計： 探討如何利用可重構硬件的靈活性來對抗SCA。例如，通過引入隨機化操作、混閤算法、動態時鍾/電壓調整、散布操作執行時間等技術，使得側信道信息變得難以提取和關聯。介紹如何通過改變硬件配置來動態地改變功耗特徵，從而混淆攻擊者。 專門的安全模塊設計： 設計和實現對SCA免疫的特定硬件模塊，如秘密分享單元、掩碼邏輯單元等，並在可重構平颱上進行集成。 故障注入攻擊（FIA）防禦： FIA原理與威脅模型： 介紹電壓/時鍾毛刺、激光注入等故障注入攻擊。 可重構硬件的FIA檢測與恢復： 探討如何利用可重構硬件的動態重構能力和冗餘資源，實現故障的檢測和自恢復。例如，通過雙模冗餘（TMR）或三模冗餘（TMR）等技術，在配置層麵上實現對故障的容忍。 功耗優化策略： 基於算法的功耗優化： 針對不同的密碼算法，選擇或設計功耗更低的實現方案，並在可重構平颱上實現。 基於硬件的功耗優化： 探討如何通過精細的門控時鍾、動態電壓調整、數據流優化、降低單元活動率等技術，在可重構硬件的配置和運行時實現功耗的最小化。 算法-硬件協同功耗分析： 強調在設計早期就進行功耗分析，並根據分析結果反嚮優化硬件配置和算法實現。 第四部分：設計流程、工具鏈與未來展望 本書的最後一部分將迴歸到實際工程實踐，並對該領域的未來發展進行展望。 可重構密碼處理器設計流程： 詳細介紹從算法選定、高層抽象、硬件描述、可重構配置生成、到最終綜閤、布局布綫和仿真驗證的完整設計流程。 關鍵工具鏈與技術： 介紹用於可重構硬件開發和優化的相關工具，包括硬件描述語言（Verilog/VHDL）、高層綜閤（HLS）、可重構計算框架（如ROCC for Rocket Chip）、以及專門用於密碼學優化的工具庫。 性能評估與基準測試： 提供一套客觀的性能評估標準，用於衡量不同可重構密碼處理器的吞吐量、延遲、功耗、以及安全性等級。對比基於可重構硬件、ASIC和通用處理器在執行典型密碼任務時的性能差異。 挑戰與機遇： 討論當前可重構計算在密碼處理器領域麵臨的挑戰，如高昂的設計成本、復雜的開發流程、以及軟件與硬件協同的難度。同時，展望未來發展趨勢，包括更先進的可重構架構、AI輔助設計、以及在物聯網、5G/6G通信、區塊鏈等新興領域的廣泛應用前景。 總結而言，《可重構計算密碼處理器（精）》是一本集理論深度、實踐廣度與前沿視野於一體的專著。 它不僅能夠幫助研究人員和工程師深入理解可重構計算在密碼學領域的巨大潛力，更能為實際設計和實現高性能、高安全的密碼處理器提供一套係統性的方法論和豐富的技術參考。本書的目標讀者包括但不限於：計算機體係結構的研究人員、信息安全工程師、VLSI設計專傢、密碼學研究者，以及對下一代安全硬件技術感興趣的從業人員和高等院校的師生。本書緻力於成為該領域不可或缺的權威參考資料。

评分☆☆☆☆☆

這本書的篇幅雖然不薄，但排版布局卻做到瞭極佳的平衡，既保證瞭專業圖錶的完整展示，又避免瞭因內容密集而産生的壓迫感。字體選擇適中，行間距處理得當，即便是長時間閱讀，眼睛的疲勞感也比閱讀某些印刷質量不佳的同類書籍要輕得多。從裝幀的細節處，可以看齣齣版方對這本書的定位是非常嚴肅且高標準的。它不僅僅是知識的載體，更是一種閱讀體驗的保障。這種對細節的關注，間接烘托瞭內容本身的嚴謹性。總而言之，這是一部在內容深度、邏輯嚴密性和閱讀舒適度上都達到瞭業界較高水準的作品，它成功地將一個高度復雜的專業領域，以一種既能滿足專傢深入研究的需求，又能引導初學者建立正確認知框架的方式呈現瞭齣來，其價值體現在多個維度。

评分☆☆☆☆☆

讀完前幾章，我被作者那種極其嚴謹的敘述風格深深吸引住瞭。他處理復雜問題的態度，就如同一個技藝精湛的鍾錶匠在打磨每一個齒輪，精確、細緻，且不放過任何一個可能産生誤差的微小環節。書中對基礎理論的鋪陳，絕不是那種為瞭湊篇幅的空洞堆砌，而是每一步推導都緊密圍繞著最終要解決的核心問題，邏輯鏈條異常清晰，讀起來酣暢淋灕，即便是涉及到高深數理的部分，作者也總能找到巧妙的比喻來輔助理解，讓人感覺像是有一位經驗豐富的大師在耳邊悉心點撥。這種將理論深度與可讀性完美平衡的能力，實在難得。特彆是他對某一類特定安全機製的剖析，那種抽絲剝繭的分析方法，讓我對以往理解模糊的環節豁然開朗。這本書無疑是為那些真正想深入理解原理、而非滿足於停留在應用層麵的讀者準備的“硬菜”。

评分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，很大程度上取決於讀者自身的知識背景，對於我這個在相關領域摸爬滾打瞭幾年的人來說，它更像是一本“進階的內功心法”。我發現書中引用的參考資料非常新穎且具有前瞻性，顯示齣作者對當前學術界和工業界最新動態的緊密跟蹤。我尤其欣賞作者在論述不同設計方案的優劣時所展現齣的那種客觀中立的態度，沒有明顯的偏好，而是將每種方案的性能指標、資源消耗和潛在風險都擺在颱麵上進行對比分析。這使得讀者在吸收知識的同時，也能培養起批判性思維，學會如何根據實際應用場景做齣權衡和取捨。在討論到係統級的安全保障體係構建時，那種宏觀的架構設計思維展現得淋灕盡緻，它不再局限於單一模塊的優化，而是著眼於整個生命周期內的防禦縱深。這本書提供的不隻是“怎麼做”，更是“為什麼這樣設計最好”的深度洞察。

评分☆☆☆☆☆

當我翻到關於具體實驗和測試方法的章節時，我幾乎立刻就能聯想到實際操作的場景。作者沒有僅僅停留在理論建模上，而是給齣瞭大量的、可復現的工程實例和性能測試數據。這些數據圖錶製作得非常專業，每一個坐標軸的標注、每一個麯綫的變化都似乎在講述一個完整的故事——關於算法效率的權衡、關於硬件資源限製下的最優解探索。我注意到作者在描述實驗環境的搭建時非常細緻，這對於想要在自己的實驗室進行驗證的同行來說，簡直是無價之寶。這種將理論與實踐緊密耦閤的寫作風格，極大地增強瞭本書的實用價值。它不僅僅是一本可以陳列在書架上彰顯品位的書，更是一本需要在工作颱上隨時翻閱、做筆記的工具書。閱讀過程中，我數次停下來，對照自己手頭的項目，思考如何將書中的先進理念融入到實際的工程迭代中去。

评分☆☆☆☆☆

這部書的封麵設計簡直是一場視覺盛宴，色彩的運用大膽而又不失內斂，黑與白的交織仿佛預示著書中內容那種深邃又充滿張力的主題。我拿起它的時候，那種沉甸甸的手感讓我立刻感受到作者在內容上傾注的心血。光是翻閱目錄，那些充滿專業術語的章節標題就足以讓人對其中的知識密度産生敬畏。它似乎不僅僅是一本技術手冊，更像是一扇通往數字世界底層邏輯的窗口。我對其中關於信息安全和硬件架構結閤的部分特彆感興趣，感覺作者對這個交叉領域的理解達到瞭一個非常精深的層次，不是那種浮於錶麵的介紹，而是深入到瞭設計哲學的層麵。我迫不及待地想知道，那些復雜的算法是如何在物理芯片上實現高效運作的，這種將抽象概念具象化的過程，想必在書中會有詳盡的闡述。整體而言，從裝幀到初步的印象，這本書都散發著一種不容小覷的學術氣息和實踐指導價值，讓人對即將展開的閱讀之旅充滿期待，希望它能帶我領略一番計算安全領域的前沿風光。