可重構(gòu)計(jì)算平臺中遠(yuǎn)程比特流安全更新研究.pdf

1、隨著高性能計(jì)算的發(fā)展，超級計(jì)算機(jī)在功率和能耗方面的不足正在逐步顯露。目前超級計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)功耗普遍在5000KW以上，而地球模擬器的峰值功耗則達(dá)到了12MW[1]，即一天的耗電量可滿足一個(gè)中等城市的需要，從而引發(fā)了人們對高性能計(jì)算系統(tǒng)投入產(chǎn)出比的質(zhì)疑。目前，超級計(jì)算領(lǐng)域的關(guān)注焦點(diǎn)逐漸從高性能計(jì)算轉(zhuǎn)向了高效能計(jì)算(HighProductivityComputing)。
　　采用可重構(gòu)計(jì)算體系，根據(jù)不同的應(yīng)用任務(wù)對計(jì)算資源進(jìn)行重構(gòu)，可有

2、效地提高計(jì)算效能?？芍貥?gòu)計(jì)算指的是依靠可重構(gòu)邏輯器件（如FPGA等）的可重構(gòu)特性，對所需要執(zhí)行的計(jì)算任務(wù)實(shí)時(shí)分配硬件資源，進(jìn)行重配置以適應(yīng)具體應(yīng)用的計(jì)算平臺，以達(dá)到接近高性能硬件設(shè)備的計(jì)算模式?；诂F(xiàn)場可編程門陣列(FieldProgrammableGateArrays，F(xiàn)PGA)的可重構(gòu)技術(shù)是可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　本文主要是在基于FPGA的可重構(gòu)計(jì)算平臺(FPGA-basedReconfigurationCompu

3、tingPlatform，F(xiàn)RCP)的背景下研究遠(yuǎn)程比特流的安全更新，因此我們首先分析了當(dāng)前FPGA存在的主要安全問題以及可重構(gòu)計(jì)算系統(tǒng)的安全問題，其次介紹了FRCP系統(tǒng)的理論架構(gòu)、FRCP架構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及基于FPGA的可重構(gòu)計(jì)算平臺FRCP所面臨的主要安全威脅。
　　接著，本文針對可重構(gòu)計(jì)算平臺的遠(yuǎn)程比特流更新中如何防止信息被篡改和重放攻擊的問題，提出了可重構(gòu)計(jì)算平臺中的遠(yuǎn)程比特流安全更新方案。該方案在遠(yuǎn)程更新配置端采用部分加密

4、策略加密比特流并計(jì)算MAC值，通過以太網(wǎng)將信息發(fā)往可重構(gòu)計(jì)算平臺，經(jīng)控制單元驗(yàn)證其完整性后，將加密的比特流和MAC值放入安全配置器中，最后FPGA加電并向控制單元請求獲取比特流，從而完成遠(yuǎn)程比特流的安全更新。分析表明，該方案能夠保證更新比特流的完整性和機(jī)密性，并能防止重放攻擊。
　　在上述一對一的遠(yuǎn)程比特流安全更新方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在對FPGA集群進(jìn)行配置更新時(shí)，雙方比特流更新協(xié)議效率較低，密鑰管理工作復(fù)雜，不能滿足日益增