【摘 要】
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量子元胞自动机是新型微纳电子器件技术的代表之一,近十年来,国内外学者对其进行了深入的理论研究。类似于计算机和数字集成电路学科发展的历程,从若干个逻辑门单元结构的创新设计,针对其各项性能参数指标的优化,再到电路规模较大的系统级电路的构建,整个流程遵循了“自底层向上”的原则。区别于经典电路,QCA电路用择多逻辑门替代传统的“与”“或”门进行逻辑综合,配合其独有的时钟机制对电路进行时序分割。相比较晶体管
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量子元胞自动机是新型微纳电子器件技术的代表之一,近十年来,国内外学者对其进行了深入的理论研究。类似于计算机和数字集成电路学科发展的历程,从若干个逻辑门单元结构的创新设计,针对其各项性能参数指标的优化,再到电路规模较大的系统级电路的构建,整个流程遵循了“自底层向上”的原则。区别于经典电路,QCA电路用择多逻辑门替代传统的“与”“或”门进行逻辑综合,配合其独有的时钟机制对电路进行时序分割。相比较晶体管电路,具有低功耗,小面积,高转换速率的优点。目前关于QCA电路的物理实现也是该领域重要的研究方向之一,本篇论文针对QCA电路的设计均侧重于逻辑层面的实现和算法领域的分析,对于测试结果用专业的EDA工具QCA Designer进行仿真和验证。本文主要的研究思路是首次将密码学领域的理论体系和数学模型用QCA电路进行了实现和验证,其中有诸多新型的逻辑运算和算术运算部件被成功地设计。针对对称密码体系中重要的两大分支,即序列密码和分组密码,序列密码的核心部件是随机数发生器（RNG）,RNG本身在整个现代密码学体系中具有广泛的应用面。本文基于抽象代数有限域上的研究成果对QCA电路的设计方法和设计思路进行了合理地应用,基于QCA自身的物理属性成功设计并验证了一种新型的真随机数发生器（TRNG）,相比较之前的研究成果,其具有轻量化,方便进行位（bit）拓展的优势。分组密码以经典的SP结构的算法模型为依据,对于有限域上的算术运算电路进行了设计。整体来看,设计思路完全面向于元胞电路自身的时钟属性,并且对于QCA在将来可能替代晶体管电路,应用于设计密码学领域相关硬件结构的问题,提供了一定的设计规范。
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