Исследование и разработка методов построения СФ-блоков для создания энергоэффективных устройств защиты информации

• Автор: Коршунов, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Содержание
Содержание
Введение
Г лава 1. Исследование подходов к оптимизации энергопотребления КМОП СБИС
1.1 Классификация источников энергопотребления в КМОП СБИС
1.1.1 Динамическая составляющая мощности
1.1.2 Статическая составляющая мощности
1.1.3 Соотношение между составляющими мощности для различных топологических норм
1.2. Систематизация методов снижения энергопотребления на различных этапах проектирования КМОП СБИС
1.2.1 Приборно-технологический уровень
1.2.2 Схемотехнический уровень
1.2.3 Функционально-логический уровень
1.2.4 Системный и алгоритмический уровни
1.3. Маршруты проектирования с пониженной потребляемой мощностью в
современных САПР
Выводы
Глава 2. Исследование и разработка базовых элементов для энергоэффективных СБИС
2.1 Классификация библиотек базовых элементов для создания МОП СБИС
2.2 Специализированные базовые элементы при построении энергоэффективных КМОП СБИС
2.3 Использование нескольких пороговых напряжений (МиШ-Утн)
2.4. Метод кластерного изменения напряжения питания
2.5. Разработка специализированных базовых элементов для СБИС с кластерным изменением напряжения питания

2.5.1 Преобразователи уровня сигнала для реализации кластерного изменения напряжения питания
2.5.2 Разработка схем преобразователей уровня сигнала
2.5.3 Исследование эффективности преобразователей уровня сигнала со стандартным О-триггером
2.5.4 Использование специальных триггеров-преобразователей
2.5.5 Схемотехническое моделирование и анализ схем триггеров-преобразователей
2.6 Анализ эффективности кластерного изменения напряжения питания
2.7 Интеграция преобразователей уровня и триггеров-преобразователей в
разрабатываемые СБИС
Выводы
Глава 3. Методы построения энергоэффективных мобильных устройств с интегрированными функциями защиты информации
3.1 Проблемы построения мобильных устройств с ультранизким энергопотреблением
3.1.1 Беспроводные сенсорные сети
3.1.2 Устройства для радиочастотной идентификации
3.2 Вопросы безопасности портативных устройств
3.3 Структура системы с функциями защиты информации
3.4 Реализация функций проверки целостности и подлинности данных в беспроводных сенсорных сетях
3.5 Разработка алгоритмов защиты информации с учетом потребляемой мощности
3.5.1 Структура алгоритмов защиты информации
3.5.2 Функциональные примитивы для построения блоков защиты информации
3.5.3 Разработка подсистемы памяти для СФ-блоков зашиты информации
3.5.4 Практическая реализация блоков защиты информации
3.6 Критерии энергоэффективности алгоритмов защиты информации
Выводы
Глава 4. Разработка и анализ СФ-блоков защиты информации с интеграцией метода КИНП в маршрут проектирования
4.1 Интеграция метода КИНП в маршрут проектирования цифровых СБИС на
основе стандартных ячеек
4.2. Разработка стандартных цифровых блоков с пониженной потребляемой мощностью
4.2.1 Блоки арифметических вычислений
4.2.2 Блок памяти типа FIFO
4.2.3 Анализ эффективности метода проектирования с пониженной потребляемой мощностью
4.2 Использование хэш-функций для обеспечения целостности и подлинности данных
4.2.1. Теоретические основы хэширования
4.2.2 Хэш-функции MD5 и SHA-
4.2.4 Хэш-функция по ГОСТ Р 33
4.2.5 Сравнительный анализ
4.3 Хэш-функции семейства New Hashing
4.3.1 Математическое определение функции New Hashing (NH)
4.3.2 Модификация NH с использованием модулярной арифметики Polynomial Hashing (PH)
4.3.2 Анализ криптографической стойкости рассматриваемых хэш-функций
4.3.3 Модифицированная хэш-функция Polynomial Hashing Modified (РНМ)
4.3.4 Вопросы криптографической стойкости хэш-функции РНМ
4.4 Разработка аппаратных блоков хэширования данных
4.4.1 Аппаратный блок на базе хэш-функции ИН

заключается в использовании М параллельных блоков, тактируемых с частотой ґ/М. В результате, используя на выходе мультиплексор, работающий на полной частоте, можно обеспечить работу схемы с номинальной частотой £ Каждый блок выполняет вычисления в свой временной слот, который в М раз больше исходного. При этом увеличивается максимально допустимая задержка, что позволяет снизить напряжение питания.
INPUT-

Datapath
Datapath

X Unit
1 I Unit
/У2 OUT

А В С О
Рис. 1.13. Распараллеливание схемы
Однако распараллеливание блоков обработки данных приводит к увеличению в М раз занимаемой площади и эффективной емкости и, таким образом, распараллеливание блоков будет эффективным только при снижении напряжения питания [28].
Конвейеризация
Метод конвейеризации заключается в разбиении блока комбинационной логики на несколько частей с добавлением промежуточных регистров. Тогда для такой структуры можно снизить напряжения питания при сохранении максимально допустимой задержки. При конвейерной обработке данных в текущий момент времени работают только определенные блоки, при этом снижается динамическая потребляемая мощность схемы. Однако такой подход вызывает небольшое увеличение нагрузочной емкости, также из-за дополнительных регистров растет площадь. С другой стороны, при этом уменьшается глубина логики, что приводит к снижению рисков сбоя и количества ложных переключений.