Implementação de extensões criptográficas no processador VexRiscv

dc.contributor.advisor1Menotti, Ricardo
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2509766431540422
dc.contributor.authorSilverio, Arthur Eugenio
dc.date.accessioned2025-12-15T19:25:52Z
dc.date.issued2025-12-09
dc.description.abstractThis work presents the design, implementation, and evaluation of a set of bit-manipulation instructions from the cryptographic extension Zbk(b/c/x) of the RISC-V standard, integrated into the VexRiscv processor and synthesized on an FPGA. To validate correctness and quantify performance improvements, a dedicated testing framework was developed to systematically compare the hardware-accelerated instructions with their software-based counterparts, measuring latency, functional equivalence, and overall speedup across diverse input vectors. Experimental results show substantial acceleration, ranging from 2× in simple logical operations to over 100× in polynomial multiplication instructions over finite fields. The integration into the VexRiscv pipeline proved technically feasible, maintaining compatibility with the LiteX ecosystem and preserving the number of cycles per instruction in unrelated operations. These findings indicate that cryptographic extensions in the RISC-V standard can deliver significant benefits even on compact microarchitectures, reinforcing their suitability for configurable and energy-efficient SoCs.eng
dc.description.resumoEste trabalho apresenta o projeto, a implementação e a avaliação de um conjunto de instruções dedicadas à manipulação de bits pertencentes à extensão criptográfica Zbk(b/c/x) do padrão RISC-V, integradas ao processador VexRiscv e sintetizadas em Field-Programmable Gate Array (FPGA). Para validar o funcionamento e quantificar os ganhos de desempenho, foi desenvolvido um framework de testes capaz de comparar sistematicamente as instruções aceleradas por hardware com suas versões equivalentes em software, medindo corretude, latência e speedup em diferentes vetores de entrada. Os resultados experimentais demonstram aceleração significativa nas instruções implementadas, variando de 2× em operações lógicas simples até mais de 100× em instruções de multiplicação polinomial em campos finitos. A integração das instruções ao pipeline do VexRiscv mostrou-se tecnicamente viável, preservando compatibilidade com o ecossistema LiteX e mantendo o número de ciclos por instruções em operações não relacionadas. Os resultados indicam que extensões criptográficas no padrão RISC-V oferecem benefícios substanciais mesmo em microarquiteturas compactas, destacando sua aplicabilidade para Systems on a chip (SoCs) configuráveis e energeticamente eficientes.
dc.identifier.citationSILVERIO, Arthur Eugenio. Implementação de extensões criptográficas no processador VexRiscv. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23232.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23232
dc.identifier.urlhttps://github.com/arthunix/riscv-TCC
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.courseEngenharia de Computação - EC
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rightsAttribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
dc.subjectRISC-V
dc.subjectextensões criptográficas
dc.subjectmanipulação de bits
dc.subjectaceleração por hardware
dc.subjectVexRiscv
dc.subjectFPGA
dc.subjectcriptografia
dc.subjectarquitetura de computadores
dc.subjectdesempenho
dc.subjectinstruções customizadas
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
dc.subject.ods12. Consumo e Produção Responsáveis
dc.titleImplementação de extensões criptográficas no processador VexRiscv
dc.title.alternativeImplementation of cryptographic extensions in the VexRiscv processoreng
dc.typeTCC

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