基于EPIC技術(shù)的可編程密碼處理器設計
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數(shù)據(jù)通路是處理器的關鍵部件之一,包含F(xiàn)UO~FU5共6個可并行執(zhí)行的功能單元、32個32bit通用寄存器、4×32個32bit密鑰寄存器和回寫單元。
功能單元是處理器執(zhí)行指令運算的核心,由若干個密碼運算模塊組成。其中,F(xiàn)UO~FU3內(nèi)部運算模塊的組成與結(jié)構(gòu)完全相同,輸入為3個32bit運算數(shù)據(jù),其中2個來自通用寄存器堆、1個來自密鑰寄存器堆,輸出的運算結(jié)果亦為32bit。FUO~FU3內(nèi)部分別設置了7個運算模塊,分別為S盒運算模塊、模加,減運算模塊、模乘運算模塊、32bit移位運算模塊、有限域乘法運算模塊、二輸入邏輯運算模塊、三輸入邏輯運算模塊。FU4內(nèi)部設置了1個128bit,置換運算模塊,輸入為12個32bit運算數(shù)據(jù),其中8個來自通用寄存器堆,4個來自密鑰寄存器堆。FU5內(nèi)部設置了1個128bit移位運算模塊,輸入也為12個32bit運算數(shù)據(jù),其中8個來自通用寄存器堆,4個來自密鑰寄存器堆。
上述這些運算模塊功能不是單一的,而是可重構(gòu)的。表2中給出了4個可重構(gòu)運算模塊所支持的模式。
除了上述運算模式可重構(gòu)外,各運算模塊根據(jù)具體情況還支持運算前增加‘異或 i操作、運算后增加‘異或 i操作或者運算前后都增加‘異或 i操作。由于‘異或 i操作延時很小,它的加入并不影響運算的關鍵路徑,這就使得密碼運算時減少了單一‘異或 i操作的時鐘,從而減少了整個運算的時鐘數(shù),并且不影響整體性能。表3中給出了Rijndael算法輪運算流程,采用有限域乘法運算后加入‘異或 i操作,時鐘周期數(shù)由4減為3,10輪運算將減少10個時鐘周期。
控制單元完成指令存取、指令譯碼、指令存儲器地址生成等工作,協(xié)調(diào)處理器內(nèi)部指令與外部用戶命令正確執(zhí)行。
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