Прогнозирование производительности при реализации алгоритмов генерации случайных последовательностей больших размерностей на реконфигурируемых архитектурах с сопроцессорами - Статья
Генераторы случайных последовательностей как элемент информационной безопасности. Генерация ключей для шифрования данных, аутентификации и безопасной очистки диска при шифровании. Использование параллельных и конвейерных систем на базе сопроцессоров.
Аннотация к работе
Прогнозирование производительности при реализации алгоритмов генерации случайных последовательностей больших размерностей на реконфигурируемых архитектурах с сопроцессорамиДля решения подобных проблем повышения производительности в настоящее время используются параллельные и/или конвейерные системы на базе сопроцессоров, в качестве которых могут использоваться графические процессоры (Graphics Processing Unit, GPU), либо программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС или FPGA, Field Programmable Gateway Array). Генераторы случайных последовательностей большой размерности в основном используют довольно простые алгоритмы, получающие какое-либо начальное состояние (seed), из которого генерируется вся последовательность. Данные алгоритмы довольно просто распараллелить (достаточно с максимальной энтропией получать значения начального состояния для каждого потока), однако, изза простоты алгоритма не всегда есть возможность создать полноценный конвейер, а поскольку разработка под ПЛИС по большей части предполагает именно конвейерную обработку данных, а не параллельную, необходимо получить предварительную оценку прироста производительности, чтобы удостоверится в целесообразности разработки [5]. Ниже приведены основные расчетные формулы: , , , где tcomm - время обмена данными между CPU и FPGA; tread - время чтения данных с CPU; twrite - время записи данных на CPU; Nelements - количество передаваемых элементов; Nbytes/element - размер элемента данных; throughputideal - идеальная пропускная способность при чтении и записи; ?read, ?write - коэффициенты соотношения реальной и идеальной пропускной способности. Race Condition-Based True Random Numbers (RCBTRN, Генератор истинных случайных чисел на базе состояния гонки) - в отличии от большинства генераторов истинно случайных чисел для ПЛИС, использующих в своей основе несколько независимых сигналов кольцевого генератора, данный генератор, предложенный компанией Altera Corporation (USA, San Jose), построен на основе создания состояния гонки на нескольких несущих цепях.