JP2008017489A - グラフィック処理ユニットでの暗号化及び復号化 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】グラフィック処理ユニットを含むことができる並行処理構造を有するシステムに暗号化及び/又は復号化処理をオフロードするためのシステム、方法、及びプロセッサ実行可能命令が開示される。ルックアップテーブルは、グラフィック処理ユニット上でだけ暗号化/復号化変換を実行する段階をサポートする。1つのバージョンでは、ルックアップテーブルは、ラインダール暗号化/復号化変換をサポートする。また、復号された暗号文を視覚化するためのシステム、方法、及びプロセッサ実行可能命令が開示される。
【選択図】図1
Description
本特許文書の公開部分は、著作権保護の下にある内容を含む。著作権者は特許商標庁の特許ファイル又はレコード内に表されるように特許文書又は特許情報公開を正確にコピーすることについては異議がないが、それ以外は全ての著作権を留保する。
本出願は、次のファイル:Encryption.txt、Decryption.txt、及びVisualization.txtを有するコンパクトディスク(複製の「Copy1」及び「Copy2」にファイルされている)上に引用により本明細書に組み込まれるコンピュータプログラムリスティング付属文書を含む。複製コンパクトディスクは各々18キロバイトを有し、2006年10月13日に作成されたものである。
本出願は、引用により本明細書に組み込まれる、2006年7月6日に出願された米国特許暫定出願第60/819,144号の利益を主張する。
本発明は、暗号化及び復号化技術に関する。詳細には、本発明は、暗号化及び復号化処理をグラフィック処理ユニットに任せることに関する。本発明はまた、グラフィック処理ユニットからの復号化データの表示に関する。
ルックアップテクスチャのXORルックアップテーブル及び組み合わされた有限体乗算/XORルックアップテーブル(xXORテーブル)を参照する段階を含む。第2動作は、状態の各列に対して繰り返される。
T=(A^E)^(I^M);列の全要素の中でXOR演算を行うためにXORテーブル600を3回参照する
U=A;列の第1行の初期値をセーブする
V=xXOR(A,E);Vを取得するためにxXORテーブル700を参照する
A=VT;1つのXOR演算に対してXORテーブル600を参照する
V=xXOR(E,I);Vを取得するためにxXORテーブル700を参照する
E=VT;1つのXOR演算に対してXORテーブル600を参照する
V=xXOR(I,M);Vを取得するためにxXORテーブル700を参照する
I=VT;1つのXOR演算に対してXORテーブル600を参照する
V=xXOR(M,U);Vを取得するためにxXORテーブル700を参照する
M=VT;1つのXOR演算に対してXORテーブル600を参照する
アルゴリズム1:暗号化のためのMixColumns変換
u=x−xXOR(B^J)
v=x−xXOR(F^N)
B=B^u
F=F^v
J=J^u
N=N^v
アルゴリズム2:復号化用のInverseMixColumns事前処理変換
TT=(ELr*DT1)+(ELg*DT2)+(ELb*DT3)+(ELα*DT4)
ここで、ELは拡大リニアライザであり、DTはデータテクスチャである。
式1:一時テクスチャ
OUTPUT DATA VALUE=Lr・TT.r+Lg・TT.g+Lb・TT.b+Lα・TT.α
ここで、Lはリニアライザであり、TTは一時テクスチャである。
式2:一時テクスチャテクセルとタイル状リニアライザテクセルのドット積
OUTPUT VALUE=104(「h」)
OUTPUT VALUE=101(「e」)
OUTPUT VALUE=108(「l」)
OUTPUT VALUE=108(「l」)
OUTPUT VALUE=110(「o」)
である。
102 システムプロセッサ
104 システムメモリ
106 グラフィック処理ユニット
108 記憶媒体
110 セットアッププログラム
112 非暗号化データ
114 暗号化データ
116 暗号鍵
130(a) 暗号化プログラム
130(b) 復号化プログラム
132 非暗号化テクスチャ
134 ラウンド鍵
136 状態ブロック
138 暗号化テクスチャ
140 勾配テクスチャ
142 ASCIIテクスチャ
144 リニアライザテクスチャ
148 視覚化プログラム
150(a)レンダーターゲット
150(b)レンダーターゲット
150(c)レンダーターゲット
150(d)レンダーターゲット
152 サーバー
154 ルックアップテクスチャ
156 テクスチャレジスタ
158 定数レジスタ
160 一時レジスタ
Claims (20)
- 暗号化方法であって、
非暗号化テクスチャからの複数のデータバイトを有する状態ブロックをグラフィック処理ユニット(「GPU」)にロードする段階と、
GPU内の第1ルックアップテーブルを参照して、前記複数のデータバイト及び第1ラウンド鍵に基づいて複数の第1変換バイトを取得する段階と、
ShiftRows変換に従って前記複数の第1変換バイトを前記状態ブロックに書き込む段階と、
前記GPUにおける第2ルックアップテーブルと第3ルックアップテーブルの両方を参照して、前記状態ブロックの前記第1変換バイトに基づいて複数の第2変換バイトを取得する段階と、
を含む方法。 - 前記第1ルックアップテーブルは、AddRoundKey及びSubBytes変換テーブルの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記第2ルックアップテーブルは、XORルックアップテーブルであり、前記第2ルックアップテーブルと前記第3ルックアップテーブルの両方を参照する段階が、MixColumns変換を実施することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記状態ブロックがラインダール暗号文を含むまでGPUにおける暗号化変換を継続して実行する段階と、
前記ラインダール暗号文を少なくとも1つのレンダーターゲットに書き込む段階と、
を含む請求項1に記載の方法。 - システムプロセッサから前記GPUに前記第1、第2、及び第3ルックアップテーブルを有するルックアップテクスチャを伝達する段階を含む請求項1に記載の方法。
- 前記データバイトを暗号化するため前記システムプロセッサと前記GPUとの間で通信を行い、前記ルックアップテクスチャ、前記非暗号化テクスチャ、前記第1ラウンド鍵を含む10個のラウンド鍵のセット、暗号化プログラム、及び暗号化を開始するコマンドを前記GPUにアップロードすることだけを行う段階を含む請求項5に記載の方法。
- 非暗号化データから前記非暗号化テクスチャを生成する段階と、
前記第1ラウンド鍵を含む複数のラウンド鍵に暗号鍵を拡大する段階と、
前記複数のラウンド鍵を前記GPU内の定数レジスタに伝達する段階と、
暗号化プログラムを前記GPUに伝達する段階と、
を含む請求項1に記載の暗号化方法。 - 前記第1、第2、及び第3ルックアップテーブルを参照するためのシェーダーコード命令を開始する段階を含む請求項1に記載の方法。
- 前記暗号文をシステムプロセッサにアップロードする段階と、
前記暗号文をサーバーに送信する段階と、
を含む請求項4に記載の方法。 - 非暗号化テクスチャから複数のデータバイトを有する状態レジスタをロードし、GPU内の第1ルックアップテーブルを参照して、前記複数のデータバイト及び第1ラウンド鍵に基づいて複数の第1変換バイトを取得し、ShiftRows変換に従って前記複数の第1変換バイトを前記状態レジスタに書き込み、更に前記GPUの第2ルックアップテーブルと第3ルックアップテーブルの両方を参照して、前記状態ブロック内の前記第1変換バイトに基づいて複数の第2変換バイトを取得するためのグラフィック処理ユニット(「GPU」)実行可能命令を有するコンピュータ可読記憶媒体。
- 非暗号化データから前記非暗号化テクスチャを生成し、前記第1ラウンド鍵を含む複数のラウンド鍵に暗号鍵を拡大し、前記複数のラウンド鍵を前記GPUの定数レジスタに伝達し、前記第1ルックアップテーブル、前記第2ルックアップテーブル、及び前記第3ルックアップテーブルを有するルックアップテクスチャを前記GPUに伝達し、更に前記GPU実行可能命令を有する暗号化プログラムを前記GPUに伝達するためのプロセッサ実行可能命令を有することを特徴とする請求項10に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
- グラフィック処理ユニット(「GPU」)と、
前記GPUと通信するシステムプロセッサと、
前記GPUと前記システムプロセッサとの間で通信して、前記システムプロセッサから前記GPUに、複数のデータバイト、第1ラウンド鍵を含む複数のラウンド鍵、ルックアップテクスチャ、暗号化プログラム、及び暗号化を開始するためのコマンドを有する非暗号化テクスチャをアップロードするためにだけ動作可能なセットアッププログラムと、
を備え、
前記暗号化プログラムは、前記GPU上でだけ暗号化動作を実行することによって前記データを暗号化するよう動作可能である、
ことを特徴とする暗号化システム。 - 前記システムプロセッサと通信し、非暗号化データ及び暗号鍵を有するシステムメモリを備え、
前記セットアッププログラムが、前記暗号鍵に基づいて前記複数のラウンド鍵を生成し、前記非暗号化データに基づいて前記非暗号化テクスチャを生成するように動作可能である、
ことを特徴とする請求項12に記載の暗号化システム。 - AddRoundKeyとSubBytesの組み合わせ変換を実施するように構成された第1ルックアップテーブルと、
XOR演算を実施するように構成された第2ルックアップテーブルと、
第3ルックアップテーブルと、
を更に備え、
前記第2ルックアップテーブルと前記第3ルックアップテーブルは、MixColumns変換演算を共に実施するように構成されていることを特徴とする請求項12に記載の暗号化システム。 - 前記ルックアップテクスチャは、前記第1、第2、及び第3ルックアップテーブルを含むことを特徴とする請求項14に記載の暗号化システム。
- 前記暗号化プログラムは、前記非暗号化テクスチャから複数のデータバイトを有する状態ブロックをロードし、第1ルックアップテーブルを参照して、前記複数のデータバイト及び前記第1ラウンド鍵に基づいて複数の第1変換バイトを取得し、ShiftRows変換に従って前記複数の第1変換バイトを前記状態レジスタに書き込み、前記GPUにおける第2ルックアップテーブルと第3ルックアップテーブルの両方を参照して、前記状態ブロックの前記第1変換バイトに基づいて複数の第2変換バイトを取得し、更に前記GPUにおいて暗号化変換を継続的に実行して暗号文のブロックを取得するためにように動作可能である、
ことを特徴とする請求項12に記載の暗号化システム。 - 前記暗号文のブロックを受け取るための複数のレンダーターゲットを備える、
ことを特徴とする請求項16に記載の暗号化システム。 - 復号化システムであって、
グラフィック処理ユニット(「GPU」)と、
前記GPUと通信するシステムプロセッサと、
前記GPUと前記システムプロセッサとの間で通信して、前記システムプロセッサから前記GPUに、暗号文を有する暗号化テクスチャ、第1ラウンド鍵を含む複数のラウンド鍵、ルックアップテクスチャ、復号化プログラム、及び復号化を開始するためのコマンドをアップロードするよう動作可能なセットアッププログラムと、
を備え、
前記復号化プログラムは、前記GPU上でだけ復号化動作を実行することによって前記データを復号するよう動作可能である、
ことを特徴とするシステム。 - 前記ルックアップテクスチャは、
AddRoundKey変換を実施するように構成された第1ルックアップテーブルと、
逆Sボックス置換変換を実施するための第2ルックアップテーブルと、
前記第1ルックアップテーブルと共にInverseMixColumns事前処理変換演算を実施するように構成された第3ルックアップテーブルと、
前記第1ルックアップテーブルと共にInverseMixColumns変換演算を実施するように構成された第4ルックアップテーブルと、
を含むことを特徴とする請求項18に記載の復号化システム。 - 前記システムプロセッサと通信し、暗号化データ及び暗号鍵を有するシステムメモリを備え、
前記セットアッププログラムが、前記暗号鍵に基づいて前記複数のラウンド鍵を生成し、前記暗号化データに基づいて前記暗号化テクスチャを生成するように動作可能である、
ことを特徴とする請求項18に記載の復号化システム。
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