[发明专利]一种基于可重构计算的国密算法FPGA部署方法及系统

权利要求书

1.一种基于可重构计算的国密算法FPGA部署方法，其特征在于，包括：

获取多种国密算法的IP核；

根据加密算法的占用资源、功耗和速度需求，确定FPGA的运行模式，其中，所示运行模式包括普通运行模式、高速运行模式、节能运行模式和指定运行模式；

根据不同的运行模式，完成国密算法的IP核在FPGA中的部署；

其中，具体步骤为：系统初始化：

利用Verilog或VHDL分别生成不同FPGAIP核：国产非对称密码算法SM_1j、国产对称密码算法SM_2j、国产哈希密码算法SM_3j、国产标识算法SM_4j；SM_ij中，下标i分别代表不同的国产密码算法，下标j代表该类算法的第j个实现；

这些IP核在运行实现密码功能时，具有不同运行性能V_ij、运行功耗P_ij；

步骤1-3，由于运行速度不同，这些IP核实现时具有不同FPGA资源需求，表示为显示查找表Look-Up Tables、触发器Flip-Flops和块随机存储器Block RAM方面的资源量，表示为LUT_ij、FF_ij和BR_ij，且LUT、FF和BR表示为该FPGA平台的LUTs、FF、BRAM方面资源的总量；

以上IP核存储于FPGA系统的硬盘存储资源中；

系统初始化：

业务运行过程中，当存在多种加密任务T_k时，首先需要明确国密算法加速需求，统计为非对称加密算法对称加密算法哈希算法标识密码算法这类需求取值为：

以上任务构成加密需求矩阵N＝{N₁，N₂，N₃，N₄}，其中：

根据当前系统状态，确定当前系统的运行模式，分为四种类型：

系统初始运行即为M₀普通运行模式，系统放置IP核空间最小的四类算法各1例，此时IP核为

系统高速运行模式：

当运行为M₁时，要求整个FPGA的各算法性能处于最优状态，算法运行速度要求最大化，依据下述速率最优化模型对此时IP核进行建模：

Max：∑SM_ijV_ijC_ij

约束如下：

其中，

前三个约束条件要求，所选用的IP核所占用的LUTs、FF、BRAM方面资源，不能超过当前FPGA的总量；最后一个约束条件，要求所选用的IP核能够满足当前所有T_k的加密任务需求；

对上述整数线性规划进行求解，得到最优IP核部署方案，此时与当前状态M_i进行比较；若相符和，继续当前系统状态运行；若完全不相符，进行全局动态重构；否则，将不相同的IP核进行局部动态重构后，继续运行。

2.如权利要求1所示的一种基于可重构计算的国密算法FPGA部署方法，其特征在于，系统节能运行模式：

当运行为M₂节能运行模式时，要求整个FPGA的各算法运行功耗处于最小运行状态，算法运行功耗要求最小化，依据下述功率最优化模型对此时IP核进行可重构：

Min：∑SM_ijP_ijC_ij

约束如下：

其中，

前三个约束条件要求，所选用的IP核所占用的LUTs、FF、BRAM方面资源，不能超过当前FPGA的总量；最后一个约束条件，要求所选用的IP核能够满足当前所有T_k的加密任务需求；

对上述整数线性规划进行求解，得到最优IP核部署方案，

此时与当前状态M_i进行比较；若相符和，继续当前系统状态运行；若完全不相符，进行全局动态重构；否则，将不相同的IP进行局部动态重构。