一種高效能SHA-256電路設(shè)計(jì).pdf

1、安全散列算法(Secure Hash Algorithm，SHA)在數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)字簽名、檔案管理等領(lǐng)域有很多應(yīng)用，它的作用是將輸入的不定長數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為定長的數(shù)據(jù)摘要。SHA-256算法是該類算法中輸出位數(shù)為256位的一種，SHA-256電路可應(yīng)用于比特幣挖礦芯片中，對于比特幣應(yīng)用，SHA-256電路較大的能耗帶來了高昂的電費(fèi)和制冷費(fèi)用。因此，對于SHA-256電路能耗的優(yōu)化，成為了芯片廠商的迫切需要。
　　本文主要研究高效能SHA-

2、256電路的實(shí)現(xiàn)。首先借鑒國內(nèi)外針對SHA-256電路的優(yōu)秀研究成果，提出了本文設(shè)計(jì)的電路架構(gòu)，改進(jìn)流水線位置，平衡電路時(shí)序路徑，同時(shí)省略了原電路中冗余的寄存器組，從而節(jié)省了功耗。并利用matlab的simulink工具對本文和同類先進(jìn)電路架構(gòu)進(jìn)行了建模比較。其次，在設(shè)計(jì)的電路架構(gòu)基礎(chǔ)上，根據(jù)課題指標(biāo)要求，先對電路性能進(jìn)行優(yōu)化，對電路關(guān)鍵路徑中延時(shí)較大的加法器和異或門單元分別進(jìn)行了優(yōu)化，得到了一定的時(shí)序余量之后，再利用一系列低功耗方法將

3、冗余的時(shí)序余量轉(zhuǎn)化為功耗的節(jié)省，對電路的數(shù)據(jù)擴(kuò)充部分，采用了門控時(shí)鐘、同步先入先出隊(duì)列優(yōu)化等方法。對電路的數(shù)據(jù)迭代部分，采用操作數(shù)隔離的方法。對電路整體采用了新型的觸發(fā)器結(jié)構(gòu)，最后還利用電壓調(diào)節(jié)的方法在滿足課題性能要求前提下進(jìn)一步降低功耗。對這些方法取得的效果進(jìn)行了分析比較。
　　本文基于優(yōu)化后的SHA-256電路架構(gòu)，完成了算法電路的設(shè)計(jì)，并提供了一系列的功能驗(yàn)證和功耗測試結(jié)果，對優(yōu)化前后的電路進(jìn)行對比，電路效能提升了54％。與