面向可信計算平臺的SHA-1協(xié)處理器研究與實現(xiàn).pdf

1、在當今的信息時代，信息技術的發(fā)展與廣泛應用深刻改變了人們的生活生產和管理方式。信息成為了至關重要的資產，而這些資產也暴露在越來越多的威脅中。毫無疑問，保護信息的私密性、完整性、真實性和可靠性，以提供一個可信賴的計算環(huán)境已經成為企業(yè)和公眾最迫切的需求之一。 可信計算環(huán)境主要是通過增強現(xiàn)有的PC終端體系結構的安全性來保證整個系統(tǒng)的安全。其主要思路是在PC機硬件平臺上引入可信架構來提高終端系統(tǒng)的安全性?？尚庞嬎慵夹g的核心是稱為TPM(

2、Trusted Platform Module可信平臺模塊)的可信芯片。TPM實際上是一個含有密碼運算部件和存儲部件的系統(tǒng)級芯片，主要用到密碼學領域里兩個重要的算法：RSA非對稱加密算法和SHA-1單向散列算法。 SHA-1算法是由美國國家標準技術研究院(NIST)和美國國家安全局(NSA)共同設計的安全散列算法，在全世界使用最為廣泛并已經成為業(yè)界的事實標準。它主要對長度小于2<'64>bits的消息進行哈希處理，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不同的消息具有相同的摘要值在計算上是不可行的。 在目前的實際應用中，大部分的SHA-1算法還都由軟件實現(xiàn)。隨著需要保護的信息總量呈指數(shù)級增加，用戶對SHA-1算法的運算速度也提出了越來越高的要求，用硬件實現(xiàn)該算法作為提高其運算速度的有效途徑已經成為技術發(fā)展的必然趨勢。本論文也正是對SHA-1協(xié)處理器的硬件實現(xiàn)方案進行了較深入的研究。 本文首先分析了SHA-1算法，接著研

4、究提高其運行效率的兩個主要方向：流水線技術和并行計算結構。然而這兩種結構并不完全適合可信芯片的系統(tǒng)設計要求，由此本文提出了一種新的循環(huán)迭代展開結構完成SHA-1算法的快速硬件實現(xiàn)。該硬件結構的核心思想是將SHA-1算法連續(xù)兩步的迭代運算合并為一步，將原來80步的散列運算變?yōu)?0步完成。同時，針對每一輪邏輯函數(shù)的相似性對其進行了復用，并采用快速進位加法器對關鍵路徑進行了優(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