基于量子元胞自动机的安全通信电路设计

论文摘要

近年来,基于互补金属氧化物半导体技术（CMOS）的集成电路产业得到了飞速的发展,集成电路的尺寸越来越小。但由于摩尔定律的限制,这种技术的发展预计在不久的将来会达到瓶颈,全世界科学家正在努力寻找替代这种技术的新型技术。量子元胞自动机（Quantum-dot Cellular Automata,QCA）由于其超高的运行速率,极小的功耗和固定流水线的特点被认为是可以替代的技术之一。量子元胞自动机1993年由Lent提出,至今已取得了不小的发展。安全通信是通信传输的重要部分,安全通信的主要思想是对数据进行加密后再进行传输,它可以保证数据不被未授权的操作获取。但是在量子元胞自动机电路设计中安全通信还没有形成一个完整的系统。本文基于量子元胞自动机设计了安全通信电路。在数据加密方面,本文在两栏栅栏加密的基础上提出了新型的“SCV”加密方法并实现了这种方法的量子元胞自动机电路。新型加密方法对字符串的二进制ASCII码进行操作,分析证明这种加密方法不仅可以实现两栏栅栏加密,在选择不同的S端序列后,这种方法可以对原字符串进行隐藏从而获得更好的加密效果。本文对设计的电路进行了性能分析,包括复杂度分析,概率转移矩阵分析和元胞丢失缺陷分析。结果证明,所设计的电路具有较低的功耗,较小的面积和较高的容错性。在数据传输方面,本文设计了基于量子元胞自动机的路由架构,此架构由串行到并行转换器,并行到串行转换器和交叉开关矩阵组成。通过并行到串行转换器和串行到并行转换器可以实现多个数据包的同时传输。交叉开关矩阵则可以实现不同线路上数据不受相互干扰的传输。在此架构的基础上,将提出的加密方法与其结合,形成了基于量子元胞自动机的安全通信系统,实现了数据的安全高效传输。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 余宸

导师: 解光军

关键词: 量子元胞自动机,电路设计,电路分析,路由结构,安全通信

来源: 合肥工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 合肥工业大学

分类号: O413;TN918

总页数: 74

文件大小: 7010K

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