Technische Definition
Die Algorithmus-Ausführungseinheit ist eine spezialisierte Verarbeitungskomponente, die in den Crypto Core eines kryptografischen Prozessors eingebettet ist. Ihre Hauptfunktion besteht darin, kryptografische Algorithmen wie AES, RSA, SHA und ECC auszuführen und die rechenintensive Arbeit für Verschlüsselung, Entschlüsselung, digitale Signaturen und Hash-Operationen zu übernehmen. Diese Einheit verfügt oft über parallele Verarbeitungsfähigkeiten und dedizierte Hardware-Beschleuniger für bestimmte Algorithmen, um Leistung und Sicherheit zu optimieren. Sie empfängt kryptografische Anweisungen und Daten vom Crypto-Core-Controller, verarbeitet sie über dedizierte arithmetisch-logische Einheiten (ALUs) und Hardware-Beschleuniger und gibt die ver- oder entschlüsselten Ergebnisse oder kryptografischen Signaturen zurück. Die Einheit arbeitet mit hohen Taktraten und geringer Latenz, um Echtzeit-Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Sie wird aus Silizium (Halbleiter), Kupfer (Verbindungen) und dielektrischen Materialien hergestellt. Zu den wichtigsten Parametern gehören: Taktrate 100–500 MHz, Datenbusbreite 32–64 Bit, Durchsatz 1–10 Gbit/s, Latenz 10–100 ns, Leistungsaufnahme 0,5–5 W, Versorgungsspannung 1,0–3,3 V, Betriebstemperatur -40 bis 85 °C, Lagertemperatur -55 bis 125 °C, relative Luftfeuchtigkeit 5–95 %, Schutzart IP40–IP65, Gehäusetyp von QFP bis BGA und Gewicht 5–50 g. Diese Werte sind Referenzbereiche und müssen für das jeweilige Modell und die Anwendung bestätigt werden. Normen wie IEC 60068-2-1, IEC 60068-2-2, IEC 60068-2-78, IEC 60529, JEDEC MS-026 und JEDEC MS-034 sind als Beschaffungsreferenzen aufgeführt, nicht als Zertifizierungen. Die Einheit ist für die Integration in kryptografische Prozessoren für sichere Kommunikation, Datenschutz und digitale Signaturen ausgelegt. Auswahlkriterien umfassen die erforderliche Algorithmusunterstützung, Durchsatz, Latenz, Leistungsbudget und Umgebungsbedingungen. Schnittstellen umfassen typischerweise einen Bus zum Crypto-Core-Controller sowie Strom- und Masseverbindungen. Verifizierungsfragen sollten den genauen Algorithmusumfang, die Leistung unter Last und die Einhaltung relevanter Normen betreffen. Wartungssignale umfassen thermische Drosselung, erhöhte Fehlerraten oder Stromanomalien. Fehlergrenzen werden durch Betriebstemperatur, Spannung und Luftfeuchtigkeit definiert; Überschreitung kann zu Fehlfunktionen oder dauerhaften Schäden führen.
Funktionsprinzip
Die Algorithmus-Ausführungseinheit empfängt kryptografische Anweisungen und Daten vom Crypto-Core-Controller. Sie verarbeitet diese über dedizierte arithmetisch-logische Einheiten (ALUs) und Hardware-Beschleuniger, die für bestimmte Algorithmen wie AES, RSA, SHA und ECC ausgelegt sind. Die Einheit führt die erforderlichen mathematischen Operationen aus, einschließlich modularer Exponentiation, Arithmetik in endlichen Körpern und Hash-Funktionen, und gibt die ver- oder entschlüsselten Ergebnisse oder kryptografischen Signaturen zurück. Sie arbeitet mit hohen Taktraten und geringer Latenz, um Echtzeit-Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Die Einheit kann parallele Verarbeitung nutzen, um mehrere Operationen gleichzeitig zu bearbeiten und den Durchsatz zu erhöhen. Die genaue Implementierung hängt vom Algorithmus und dem Hardware-Design ab.
