Программируемые на языках высокого уровня энергоэффективные специализированные СБИС для решения задач информационной безопасности

С.Г. Елизаров; Г.А. Лукьянченко; Д.С. Марков; А.М. Монахов; А.Д. Сизов; В.А. Роганов

doi:10.18127/j20729472-201803-07

Программируемые на языках высокого уровня энергоэффективные специализированные СБИС для решения задач информационной безопасности

С.Г. Елизаров¹, Г.А. Лукьянченко², Д.С. Марков³, А.М. Монахов⁴, А.Д. Сизов⁵, В.А. Роганов⁶

научная статья УДК 004.272.23 Страницы: 40-48 doi.org/10.18127/j20729472-201803-07

¹ к.ф.-м.н., руководитель лаборатории, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
² к.ф.-м.н., науч. сотрудник, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
³ ст. науч. сотрудник, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
^4,5 науч. сотрудник, Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
⁶ ст. науч. сотрудник, Институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова

Ключевые слова: RISC SIMD информационная безопасность программируемые СБИС сопроцессор ГОСТ Р 34.12-2015 AES128 Blowfish many-core ASIC

Аннотация

Рассмотрен и обоснован набор требований к программируемым на языках высокого уровня специализированным СБИС, предназначенным для решения задач информационной безопасности с высокой энергоэффективностью. Изложен практический опыт коллектива авторов по разработке и созданию такой СБИС с использованием современных технологий. Приведены данные по производительности и энергоэффективности разработанных и разрабатываемых СБИС, достигаемых на задачах информационной безопасности. Полученные результаты сопоставлены с характеристиками коммерчески доступных универсальных процессоров, графических ускорителей и программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) на задачах хеширования и потокового шифрования. Сделан вывод о перспективности предложенного авторами подхода к созданию программируемых специализированных СБИС, предназначенных для решения задач информационной безопасности.

Для цитирования

Елизаров С.Г., Лукьянченко Г.А., Марков Д.С., Монахов А.М., Сизов А.Д., Роганов В.А. Программируемые на языках высокого уровня энергоэффективные специализированные СБИС для решения задач информационной безопасности // Системы высокой доступности. 2018. № 3. С. 40–48. DOI: https://doi.org/10.18127/j20729472-201803-07

Список источников

Пирогова Л.А., Грекул В.И., Поклонов Б.Е. Оценка совокупной стоимости владения центром обработки данных // Бизнесинформатика. 2016. С. 32−40. URL = https://bijournal.hse.ru/2016–2 (36)/186020074.html.
Kurokawa M. The k computer: 10 peta-flops supercomputer // In the 10th International Conference on Optical Internet (COIN2012). 1−1. May 2012.
O’Dwyer K.J., Malone D. Bitcoin mining and its energy footprint // In 25th IET Irish Signals Systems Conference 2014 and 2014 ChinaIreland International Conference on Information and Communications Technologies (ISSC 2014/CIICT 2014). 06 2014. P. 280−285.
Modern Microprocessors: A 90-Minute Guide! URL = http://www.lighterra.com/papers/modernmicroprocessors/.
Тарасов И.Е. Разработка цифровых устройств на основе ПЛИС Xilinx с применением языка VHDL. Современная электроника. М.: Горячая линия–Телеком. 2005. URL = https://books.google.ru/books?id=QU69AQAACAAJ.
Francisco Rodriguez-Henriquez, Saqib N.A., Arturo Daz Prez, Cetin Kaya Koc Cryptographic Algorithms on Reconfigurable Hardware. Springer Publishing Company, Inc. 1st edition. 2010.
Xilinx Virtex UltraScale+ FPGA VCU118 Evaluation Kit. URL = https://www.xilinx.com/products/boards-and-kits/vcu118.html.
A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform. URL = https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper.
Eitan N. Shauly Cmos leakage and power reduction in transistors and circuits: process and layout considerations // Journal of Low Power Electronics and Applications. 2012. № 2(1). P. 1−29. URL = http://www.mdpi.com/2079-9268/2/1/1.
B.D. de Dinechin, Ayrignac R., Beaucamps P.E., Couvert P., Ganne B., P.G. de Massas, Jacquet F., Jones S., Chaisemartin N.M., Riss F., Strudel T. A clustered manycore processor architecture for embedded and accelerated applications // In 2013 IEEE High Performance Extreme Computing Conference (HPEC). 09 2013. P. 1−6.
Manycore Architecture with Lightweight Threads. URL = https://maltsystem.ru/.
Пат. РФ 2018.05.21. Рег. № 2018118432/08(028834). Вычислительный модуль для многопотоковой обработки цифровых данных и способ обработки с использованием данного модуля / Елизаров С.Г., Лукьянченко Г.А., Монахов А.М., Сизов А.Д., Советов П.Н.
Kranenburg T., R. Van Leuken Mb-lite: a robust, light-weight soft-core implementation of the microblaze architecture // In 2010 Design, Automation Test in Europe Conference Exhibition (DATE 2010). 03 2010. P. 997−1000.
MicroBlaze Processor Reference Guide. URL = https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/mb_ref_guide.pdf.
С фабрики TSMC получены первые образцы микропроцессора MALT-C 9Mb96G. URL = https://maltsystem.ru/ru/news/135-fabget.
Процессоры MALT-C. URL = https://maltsystem.ru/ru/product/malt-processors#malt-c.
Hashcat. URL = https://hashcat.net/hashcat/.
Удальцов В.А., Павлов В.Э. Увеличение скорости работы алгоритма шифрования «КУЗНЕЧИК» с использованием технологии CUDA // Теория. Практика. Инновации. 2017. № 4(16). С. 5−11.
Кролевецкий А. Производительность ГОСТ-шифрования на х86- и GPU-процессорах // Storage News. 2014. 4/60. URL = http://www.storagenews.ru/60/Code_Sec_cripto_GOST_60.pdf.
John M. AES-GCM Encryption Performance on Intel® Xeon® E5 v3 Processors. URL = https://software.intel.com/enus/articles/aes-gcm-encryption-performance-on-intel-xeon-e5-v3-processors.
Abdelrahman A.A., Fouad M.M., Dahshan H., Mousa A.M. High performance CUDA AES implementation: A quantitative performance analysis approach // Computing Conference. London. 2017. P. 1077−1085. URL = http://ieeexplore.ieee.org/stamp/ stamp.jsp?tp=&arnumber=8252225&isnumber=8252073.

[1] Пирогова Л.А., Грекул В.И., Поклонов Б.Е. Оценка совокупной стоимости владения центром обработки данных // Бизнесинформатика. 2016. С. 32−40. URL = https://bijournal.hse.ru/2016–2 (36)/186020074.html.

[2] Kurokawa M. The k computer: 10 peta-flops supercomputer // In the 10th International Conference on Optical Internet (COIN2012). 1−1. May 2012.

[3] O’Dwyer K.J., Malone D. Bitcoin mining and its energy footprint // In 25th IET Irish Signals Systems Conference 2014 and 2014 ChinaIreland International Conference on Information and Communications Technologies (ISSC 2014/CIICT 2014). 06 2014. P. 280−285.

[4] Modern Microprocessors: A 90-Minute Guide! URL = http://www.lighterra.com/papers/modernmicroprocessors/.

[5] Тарасов И.Е. Разработка цифровых устройств на основе ПЛИС Xilinx с применением языка VHDL. Современная электроника. М.: Горячая линия–Телеком. 2005. URL = https://books.google.ru/books?id=QU69AQAACAAJ.

[6] Francisco Rodriguez-Henriquez, Saqib N.A., Arturo Daz Prez, Cetin Kaya Koc Cryptographic Algorithms on Reconfigurable Hardware. Springer Publishing Company, Inc. 1st edition. 2010.

[7] Xilinx Virtex UltraScale+ FPGA VCU118 Evaluation Kit. URL = https://www.xilinx.com/products/boards-and-kits/vcu118.html.

[8] A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform. URL = https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper.

[9] Eitan N. Shauly Cmos leakage and power reduction in transistors and circuits: process and layout considerations // Journal of Low Power Electronics and Applications. 2012. № 2(1). P. 1−29. URL = http://www.mdpi.com/2079-9268/2/1/1.

[10] B.D. de Dinechin, Ayrignac R., Beaucamps P.E., Couvert P., Ganne B., P.G. de Massas, Jacquet F., Jones S., Chaisemartin N.M., Riss F., Strudel T. A clustered manycore processor architecture for embedded and accelerated applications // In 2013 IEEE High Performance Extreme Computing Conference (HPEC). 09 2013. P. 1−6.

[11] Manycore Architecture with Lightweight Threads. URL = https://maltsystem.ru/.

[12] Пат. РФ 2018.05.21. Рег. № 2018118432/08(028834). Вычислительный модуль для многопотоковой обработки цифровых данных и способ обработки с использованием данного модуля / Елизаров С.Г., Лукьянченко Г.А., Монахов А.М., Сизов А.Д., Советов П.Н.

[13] Kranenburg T., R. Van Leuken Mb-lite: a robust, light-weight soft-core implementation of the microblaze architecture // In 2010 Design, Automation Test in Europe Conference Exhibition (DATE 2010). 03 2010. P. 997−1000.

[14] MicroBlaze Processor Reference Guide. URL = https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/mb_ref_guide.pdf.

[15] С фабрики TSMC получены первые образцы микропроцессора MALT-C 9Mb96G. URL = https://maltsystem.ru/ru/news/135-fabget.

[16] Процессоры MALT-C. URL = https://maltsystem.ru/ru/product/malt-processors#malt-c.

[17] Hashcat. URL = https://hashcat.net/hashcat/.

[18] Удальцов В.А., Павлов В.Э. Увеличение скорости работы алгоритма шифрования «КУЗНЕЧИК» с использованием технологии CUDA // Теория. Практика. Инновации. 2017. № 4(16). С. 5−11.

[19] Кролевецкий А. Производительность ГОСТ-шифрования на х86- и GPU-процессорах // Storage News. 2014. 4/60. URL = http://www.storagenews.ru/60/Code_Sec_cripto_GOST_60.pdf.

[20] John M. AES-GCM Encryption Performance on Intel® Xeon® E5 v3 Processors. URL = https://software.intel.com/enus/articles/aes-gcm-encryption-performance-on-intel-xeon-e5-v3-processors.

[21] Abdelrahman A.A., Fouad M.M., Dahshan H., Mousa A.M. High performance CUDA AES implementation: A quantitative performance analysis approach // Computing Conference. London. 2017. P. 1077−1085. URL = http://ieeexplore.ieee.org/stamp/ stamp.jsp?tp=&arnumber=8252225&isnumber=8252073.

Аннотация

Для цитирования

Похожие статьи