具有自主产权的安诚嵌入式处理器上支持AES及GF(2^n)运算的指令扩展结构研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61373141
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    79.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0206.信息安全
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

In 2010, Intel launched two series of 32nm processors that support Advanced Encryption Standard New Instructions (AES-NI): Core and Xeon. This is the first time that Intel has extended the x86 instruction set for the purpose of enhancing cryptographic computations. This project is based on our leading theoretical results in GF(2^n) cryptographic computations, and will be carried out on the Ancheng microprocessor developed by the No.705 Institute of the China Shipbuilding Industry Corporation (CSIC), which is a RISC embedded microprocessor with self-owned intellectual property. We will focus on designing and implementing two sets of instruction extensions: 1、GF(2^n) arithmetic operations, especially GF(2^n) multiplication and GF(2) matrix operations; 2、AES specification, which will be based on a new isomorphic representation of GF(2^8). Similar to Intel's PCLMULQDQ(Carry-less Multiplication Instruction)introduced together with AES-NI, the first set of instruction extensions in this project is also aimed to increasing the performance of software multiplication over GF(2^n). But we will follow a totally different design approach: other than the straightforward polynomial multiplication adopted by Intel, we will adopt the matrix-vector approach jointly developed by the applicant and his coauthor. This matrix-vector approach is currently the best VLSI method to perform GF(2)[x] subquadratic multiplication for large operands, and our earlier theoretical analysis proved that its asymptotic time and space complexities are much better than the polynomial method. The second set of AES instructions extensions will be based on a new isomorphic representation of GF(2^8), which is a highlight of this project.
Intel新发布的"AES New Instructions"是其首次对x86指令集进行密码方面的扩展。本项目基于我们在GF(2^n)密码芯片算法设计领域的国际领先理论成果,将对GF(2^n)域运算算法进行深入研究,并将理论成果应用到昆明七零五所开发的具有自主产权的安诚嵌入式处理器上,主要研究内容包括: 1、研究并设计实现支持GF(2^n)乘法和GF(2)上矩阵计算的指令扩展模块; 2、研究GF(2^8)同构表示,设计支持AES密码算法的指令扩展模块。 与Intel新发布的GF(2)[x]无进位乘法指令相同,前一项研究的目的亦是为了提高基于GF(2^n)的密码系统的性能。但本项目并未沿袭Intel所采用的多项式直接实现方案,而是遴选矩阵方案,我们最近的理论分析表明该方案在门数量和门延时两方面均优于Intel的直接实现方案。而基于移位多项式基的GF(2^8)同构表示则是后一项研究的创新点。

结项摘要

目前主流对称密钥密码体制和公钥密码体制的基本操作均基于有限域GF(p^n)。在硬件实现方面,有限域GF(2^n)乘法器是基于GF(2^n)的密码芯片的核心模块。作为并行GF(2^n)乘法器领域大多数国际纪录的唯一保持者,近20年来我们在该领域的开创性工作得到了国际同行的认可,在项目执行期间,我们应该期刊Finite Fields and Their Applications之“20周年”特辑之邀撰写乘法器方向综述性文章,该期刊为有限域领域唯一专刊,其编委包括R. Lidl,H. Niederreiter和N. Koblitz教授等。2015年, 我们将亚二次设计方法TMVP法由三项式推广到了五项式,这使得该技术可以运用于所有的实用GF(2^n)域,该成果发表在IEEE Transactions on Computers,由项目负责人及其所指导的硕士生(第一作者)共同完成。2016年,我们打破了保持近30年的最快乘法器的门数量复杂性纪录,这是目前最快混合二次乘法器的国际最好成果。 该结果发表在IEEE Transactions on Computers,由项目负责人独立完成,是该刊创刊65年来中国大陆第8篇独立作者论文。我们将这些设计方案在安诚处理器上进行了模拟验证。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Low Space Complexity CRT-based Bit-Parallel GF(2n) Polynomial Basis Multipliers for Irreducible Trinomials
基于 CRT 的低空间复杂度不可约三项式位并行 GF(2n) 多项式基乘法器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Integration, The VLSI journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jiajun Zhang;Haining Fan
  • 通讯作者:
    Haining Fan
GF(2^n) redundant representation using matrix embedding for irreducible trinomials
使用矩阵嵌入不可约三项式的 GF(2^n) 冗余表示
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    International Journal of Foundations of Computer Science
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Yongjia Wang;Xi Xiong;Haining Fan
  • 通讯作者:
    Haining Fan
GF(2(n)) bit-parallel squarer using generalised polynomial basis for new class of irreducible pentanomials
使用广义多项式基础的 GF(2(n)) 位并行平方器用于新一类不可约五项式
  • DOI:
    10.1049/el.2014.0006
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Electronics Letters
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Xiong Xi;Fan Haining
  • 通讯作者:
    Fan Haining
GF(2^n) Shifted Polynomial Basis Multipliers Based on Subquadratic Toeplitz Matrix-Vector Product Approach for All Irreducible Pentanomials
基于所有不可约五项式次二次托普利茨矩阵向量积方法的 GF(2^n) 平移多项式基乘子
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Computers
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Jiangtao Han;Haining Fan
  • 通讯作者:
    Haining Fan

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其他文献

HBV转染及缺氧应激对HepG2细胞VEGF表达的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    晋国权;邓勇;樊海宁;王海久;牛晓尧;任利;Jin Guoquan1,Deng Yong2,Fan Haining2,Wang Haijiu2,;2.Department of Hepatobiliary Surgery,Qinghai Univ
  • 通讯作者:
    2.Department of Hepatobiliary Surgery,Qinghai Univ
利用细胞色素B行青海藏区棘球绦虫系统发育学研究
  • DOI:
    10.13452/j.cnki.jqmc.2014.01.006
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    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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硫化氢对氧应激下大鼠肝星状细胞p38 MAPK信号的影响
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    --
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    樊海宁
藏菖蒲挥发油对多房棘球蚴的体外杀伤活性
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    --
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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    樊海宁
硫化氢对大鼠肝星状细胞增殖及Ca2+浓度的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨阳;杨柳;樊海宁;YANG Yang,YANG Liu,FAN Hai-Ning(The Affiliated Hos
  • 通讯作者:
    YANG Yang,YANG Liu,FAN Hai-Ning(The Affiliated Hos

其他文献

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樊海宁的其他基金

GF(2^n)密码处理器算法研究
  • 批准号:
    60970147
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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