CPUGPU协处理下分组密码作模式的研究.docx

分类号： 学校代号：1 1 845 UDC： 广东工业大学硕士学位论文 (工学硕士) CPU／GPU协处理下分组密码工作模式的研究 李坚锐 指导教师姓名、职称： 昱鱼屋塾拯 学科(专业)或领域名称：盐篁扭型堂皇堇盔 学生所属学院： 让篡扭堂院 论文答辩日期： 三Q=五生五旦 万方数据  lIMII Illll UlIII ILl 11111 IIIII ILIIIII Y2795349 A Dissertation Submitted to Guangdong University of Technology for the Degree of Master (Master of Engineering Science) The Research of the Block Cipher Mode Based on CPU／GPU Candidate：Jianrui Lj Supervisor：Prof．Weimin Wu May 201 5 School of Computer Science and Technology Guangdong University of Technology Guangzhou， Guangdong，P．R．China， 51 0006 万方数据  摘要 摘要 白NVIDIA发布第一款GPU(Graphic Processing Unit)以来，GPU的发展一直 保持很高的速度，随着以CUDA(Compute Unified Device Architecture)为代表的GPU 通用计算API(Application Programming Interface)的普及，GPU在计算机中的作用 将更为重要，GPU的含义已经从图形处理器扩展为通用处理器(General Purpose Unk)。利用GPU的强大计算能力，能为大数据的处理提供新的解决方案。 信息时代的发展中数据安全有着重要地位，其中对数据进行保护的重要手段是 进行加密，但是在明文与密文的转换过程中，需要大量的运算。当对大量数据加解 密时，对CPU提出较高的要求。因此，将加密解密过程中最耗时间的部分交给GPU 完成，能有效提高加密的效率。国内外对运用GPU加速密码算法做了大量研究都表 明了GPU能对密码算法进行有效加速，但是它们都是针对具体的分组密码算法而 言，缺少对CPU／GPU协处理下分组密码工作模式的深入描述，有时甚至无法得到 满意的结果。因此，研究CPU／GPU协处理下的分组密码工作模式有重要意义。 目前，分组密码工作模式是利用分组密码解决实际问题的密码方案，好的模式 可以弥补分组密码的缺陷，不好的工作模式可能带来隐患。大部分传统分组加密模 式不能有效应用于GPU上。本文基于CUDA并行技术，重点研究了CPU／GPU下加 密工作模式的设计及实现。主要研究包括：(1)研究了传统GPU通用计算的处理流 程，分析了传统GPU通用计算应用领域受限的原因，重点研究了CUDA计算架构 以及实验平台的体系架构，为后续工作打下研究架构基础。(2)研究及分析基本分组 密码工作模式，分析其在CPU／GPU协处理下的并行化模式，对比实验得出相关结 论。(3)在CPU／GPU协处理下，以CBC为实验对象，提出结合混沌算法的RCBC模 式，基于CUDA计算架构设计了该模式到CUDA的映射方案，从算法实现的高 性能角度出发，讨论模型中采用的优化技术；并通过实验对RCBC模式的安全性及 性能进行分析对比，得该模式的优劣。 关键词：分组工作模式；并行；CUDA；GPU；数据加密 万方数据  广东工业大学硕士学位论文 ABSTRACT Currently，since NVIDIA released the first GPU(Graphic Processing Unit)，the development of GPU has maintained a high speed．With the popularization of general computing API(Application Programming Interface)of GPU，as represented by CUDA (Compute Unified Device Architecture)，the role of GPU in the computer will be more important．and the meaning of GPU has extended仔om the graphics processor to general purpose Unit．By utilizing the powerful computing capability