近年来,随着计算机系统与网络已经深入到社会生产活动的方方面面,当今社会的信息化程度不断提高,在享受利用计算机系统与网络来交换信息所带来的巨大便利的同时,信息安全问题也愈发的被人们所重视。密码技术是保障信息安全的核心技术,在身份认证、安全隔离、信息加密等方面它有着独特的、不可替代的作用。可重构计算技术的应用与密码系统相结合,使得多种算法可以在同一硬件设备上实现,这种结合既满足了复杂多变的应用环境对硬件灵活性的要求,又满足了计算密集型的密码算法对性能的要求,同时具有较高的安全性,在商业和政务信息领域具有广阔的应用空间。根据以上背景,本文对国产商用密码算法SM2、SM3和SM4进行研究。本文完成的主要工作和取得的成果如下:1.基于超混合可计算阵列的可重构密码算法研究遵循可重构计算的基本特点对国密算法展开研究。首先重点对国产商用密码算法SM2、SM3和SM4的可重构技术进行了研究,深入分析了SM2、SM3和SM4算法结构和操作,然后根据分析总结出密码算法中的关键计算步骤,最后在“结构适应应用,结构决定性能”思想的指导下,结合超混合可重构计算阵列(Hybrid Reconfigurable Computing Array,HRCA)的可重构密码算法体系结构设计方法,构建了面向国密算法应用的可重构计算单元。从超混合可重构计算阵列的结构和可重构计算单元两个层次进行描述与构建可重构的密码算法,既能反映粗粒度的超混合可重构计算阵列体系特征,又能反映出密码算法的计算特征。2.对国密算法的可重构结构进行了优化可重构计算单元为算法的实现提供了具有灵活性的解决方案,密码算法作为计算密集型的任务,算法的核心循环会消耗大量的执行时间。为使国密算法能够高效地实现,针对SM2的点乘运算提出了优化坐标系选择和模运算的方法,并采用改进的Montgomery点乘算法使点加运算和倍加运算并行执行,提高了算法的计算能力;针对SM3和SM4算法,通过优化算法关键步骤与流水线映射展开的优化方法提高算法性能。最后对国密算法的整体实现进行多个算子实例化,通过有效利用FPGA上资源的方法,提高了算法整体的计算性能。实验结果表明,通过对SM3、SM4和SM2的点乘运算的可重构计算单元设计与优化,SM2的点乘运算的计算时间相较于其他文献略有提升,SM3的计算性能与同类专用可重构密码结构相比处理速度提升了2倍左右,SM4算法的吞吐量得到了明显提升,可以达到25.6Gbit/s。因此本文的设计方案在满足密码算法实现灵活性的同时具有较高的处理能力。