面向可信計(jì)算平臺(tái)的SHA-1協(xié)處理器研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、在當(dāng)今的信息時(shí)代，信息技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用深刻改變了人們的生活生產(chǎn)和管理方式。信息成為了至關(guān)重要的資產(chǎn)，而這些資產(chǎn)也暴露在越來(lái)越多的威脅中。毫無(wú)疑問(wèn)，保護(hù)信息的私密性、完整性、真實(shí)性和可靠性，以提供一個(gè)可信賴的計(jì)算環(huán)境已經(jīng)成為企業(yè)和公眾最迫切的需求之一。 可信計(jì)算環(huán)境主要是通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)有的PC終端體系結(jié)構(gòu)的安全性來(lái)保證整個(gè)系統(tǒng)的安全。其主要思路是在PC機(jī)硬件平臺(tái)上引入可信架構(gòu)來(lái)提高終端系統(tǒng)的安全性?？尚庞?jì)算技術(shù)的核心是稱為TPM(

2、Trusted Platform Module可信平臺(tái)模塊)的可信芯片。TPM實(shí)際上是一個(gè)含有密碼運(yùn)算部件和存儲(chǔ)部件的系統(tǒng)級(jí)芯片，主要用到密碼學(xué)領(lǐng)域里兩個(gè)重要的算法：RSA非對(duì)稱加密算法和SHA-1單向散列算法。 SHA-1算法是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)和美國(guó)國(guó)家安全局(NSA)共同設(shè)計(jì)的安全散列算法，在全世界使用最為廣泛并已經(jīng)成為業(yè)界的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。它主要對(duì)長(zhǎng)度小于2<'64>bits的消息進(jìn)行哈希處理，得到160bi

3、ts的消息摘要值。要根據(jù)摘要值得到原始消息和找到兩個(gè)不同的消息具有相同的摘要值在計(jì)算上是不可行的。 在目前的實(shí)際應(yīng)用中，大部分的SHA-1算法還都由軟件實(shí)現(xiàn)。隨著需要保護(hù)的信息總量呈指數(shù)級(jí)增加，用戶對(duì)SHA-1算法的運(yùn)算速度也提出了越來(lái)越高的要求，用硬件實(shí)現(xiàn)該算法作為提高其運(yùn)算速度的有效途徑已經(jīng)成為技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。本論文也正是對(duì)SHA-1協(xié)處理器的硬件實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行了較深入的研究。 本文首先分析了SHA-1算法，接著研

4、究提高其運(yùn)行效率的兩個(gè)主要方向：流水線技術(shù)和并行計(jì)算結(jié)構(gòu)。然而這兩種結(jié)構(gòu)并不完全適合可信芯片的系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，由此本文提出了一種新的循環(huán)迭代展開結(jié)構(gòu)完成SHA-1算法的快速硬件實(shí)現(xiàn)。該硬件結(jié)構(gòu)的核心思想是將SHA-1算法連續(xù)兩步的迭代運(yùn)算合并為一步，將原來(lái)80步的散列運(yùn)算變?yōu)?0步完成。同時(shí)，針對(duì)每一輪邏輯函數(shù)的相似性對(duì)其進(jìn)行了復(fù)用，并采用快速進(jìn)位加法器對(duì)關(guān)鍵路徑進(jìn)行了優(yōu)化。最后集成WISHBONE總線接口，將模塊封裝為易于移植到其他安全