暗号通信パケットストリームのn-gram 予測によるFPGA動的再構成手法とその評価

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  • アンゴウ ツウシン パケット ストリーム ノ n gram ヨソク ニ ヨル FPGA ドウテキ サイコウセイ シュホウ ト ソノ ヒョウカ
  • An Evaluation of FPGA Dynamic Reconfiguration by n-gram Forecasting the Packet Stream of Encryption Communication

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Abstract

クライアント・サーバ型の暗号通信において，暗号処理の部分を汎用のFPGA を動的に書き換えて実行するようなリコンフィギャラブルなシステムモデルにおいては，FPGA の利用率を高くすることで性能を向上させることができると考えられる．そのためには，FPGA の無駄な再構成回数を効果的に削減する予測方式の開発が重要である．我々はこのような予測方式として，過去のパケットストリームから近い将来のストリームを予測し，オーバヘッドを減らすシステムを提案した．本研究ではこのような予測方式の一般化を進め，n-gram モデルと呼ぶ汎用的な予測方式を提案し，その有効性およびその性質などについて詳細な評価を行った．その結果，FPGA の再構成オーバヘッドが大きくなると，予測の成功率を示すFPGA 利用率を高くするためには，ブロック構成要素数もまた大きくする必要があることが分かった．また，n-gram 数を大きくするにつれてFPGA 利用率も向上し，暗号通信処理の全体的な性能も向上することが分かった．また，本予測方式を用いることにより，未来がすべて予測可能とした理想的な場合（FPGA 利用率の理論的上限）と比較して，汎用的に用いられているFPGA を使用した場合でも7 割程度の利用率が達成可能であることが分かった．

In this paper, we propose the reconfigurable system model which use FPGA to encrypt the data in the server-client encryption communication. In such a system, raising the availability of FPGA improves the performance. Therefore, it is important that the development of the prediction method to reducing useless reconfiguration of FPGA effectively. We propose the method of predicting the encryption algorithm used in the near future requests based on history of requests received so far to improve the efficiency of encryption. We employ the generalized n-gram model for that prediction, and verify its characteristics. In the result, when the overhead of the reconfiguration of FPGA grows, in order to raise the FPGA availability that shows the success rate of the forecast, it is necessary to enlarge the number of block components, too. Moreover, when general purpose FPGA is used and this prediction method is used, it is FPGA availability of about 70% compared with an ideal case predictable in all the futures; this is a theoretical upper bound of the FPGA availability.

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