基于GPU的密碼分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)和基于硬件實(shí)現(xiàn)的S盒構(gòu)造.pdf

1、本文主要研究了兩個(gè)方面，一是CUDA在密碼分析中的加速作用，二是利用塔域技術(shù)構(gòu)造較小硬件面積的S盒。
　　CUDA是英偉達(dá)公司于2006年11月推出的應(yīng)用在GPU上的通用并行開(kāi)發(fā)平臺(tái)，主要利用GPU并行計(jì)算的特點(diǎn)，用來(lái)開(kāi)發(fā)適合運(yùn)行在GPU上的程序[1]。利用CUDA編程能夠大幅加快加密算法的速度，對(duì)有些密碼分析技術(shù)來(lái)說(shuō)也同樣適用。本文首先根據(jù)GPU運(yùn)算的特點(diǎn)，提出了適合使用CUDA加速的算法應(yīng)該滿(mǎn)足的一些特點(diǎn)，并且研究了哪類(lèi)加密算

2、法更適合用于CUDA加速，哪種密碼分析方法運(yùn)用CUDA會(huì)有更高的效率。而后本文確定將CUDA優(yōu)化技術(shù)運(yùn)用到一個(gè)具體的分組密碼算法——SPECK[2]算法。SPECK算法是由美國(guó)國(guó)家安全局(NSA)設(shè)計(jì)，在2013年發(fā)布的具有Feistel結(jié)構(gòu)的輕量級(jí)分組加密算法，專(zhuān)門(mén)適用于軟件端實(shí)現(xiàn)。在16MHz的Atmel ATmega1288-bit微控制器上，分組長(zhǎng)度為64比特，初始密鑰長(zhǎng)度為96比特的SPECK算法加密吞吐量可以達(dá)到888Kbp

3、s。本文在TeslaC2070 GPU下，適用CUDA技術(shù)，加密分組長(zhǎng)度為64比特，初始密鑰長(zhǎng)度為96比特的SPECK加密算法，加密吞吐量可以達(dá)到2.98Gbps。GPU除了可以加快算法的加解密速度，還可以利用CUDA技術(shù)，用來(lái)尋找加密算法的平衡性質(zhì)。同樣對(duì)SPECK進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在Tesla C2070 GPU下的速度是在Inter(R) Xeon(R) CPU E5-2620@2.00GHz單核下的147倍。這個(gè)結(jié)果說(shuō)明了CUDA對(duì)滿(mǎn)足

4、某些密碼分析方法能夠起到很好的加速作用。
　　在AES[3]的硬件實(shí)現(xiàn)上，其S盒可以通過(guò)塔域技術(shù)實(shí)現(xiàn)，達(dá)到減少硬件資源消耗的目的。AES的S盒是由一個(gè)仿射變換和一個(gè)在有限域GF(28)上的求逆運(yùn)算構(gòu)成。塔域方法是通過(guò)一個(gè)同構(gòu)映射及其逆映射，將有限域GF(28)上的求逆運(yùn)算轉(zhuǎn)換為塔域GF((24)2)或者GF(((22)2)2)上的求逆運(yùn)算。之前利用已有S盒的塔域方法構(gòu)建的S盒比AES的S盒硬件實(shí)現(xiàn)面積小，本文通過(guò)塔域方法并巧妙利用