RRAM-Emulator

本项目采用MIT license.

rram.h

rram.h实现了一个rram的基本功能, 假设大小为64*64

rram块的抽象

• data是一个64*64bit的存储空间, 任何两行两列都可以做x&=!y
• x是一个input buffer, 写入data的数据需要经过x
• y是一个output buffer, 从data读出的数据需要经过y
• lp是一个64bit的数组, 表示在做行并行的时候并行执行哪些列上的内容, 默认值为全1
• cp是一个64bit的数组, 表示在做列并行的时候并行执行哪些行上的内容, 默认值为全1

支持运算的解释

(BIT被定义为类型bitset<64>)

(LP集合指lp值为1的下标的集合, CP集合同理)

• 初始化
  • RRAM(): 缺省初始值的申请一个RRAM块, 其初始值会被赋为全1
  • RRAM(BIT init[Size]): 申请一个RRAM块, 其初始值会被赋为init中的内容
  • ~RRAM(): 释放一个RRAM块
• 基本赋值
  • void changelp(BIT b): 更改lp为b
  • void changecp(BIT b): 更改cp为b
  • void lineset(int i): 将行i的lp为1的那些列置为1
  • void linereset(int i): 将行i的lp为1的那些列置为0
  • void columnset(int i): 将列i的cp为1的那些列置为1
  • void columnreset(int i): 将列i的cp为1的那些列置为0
• 基本运算
  • void lineop(int i,int j): $\forall k\in LP,data[i][k]&amp;=!data[j][k]$
  • void lineop(int i,int j1,int j2): $\forall k\in LP,data[i][k]&amp;=(!data[j1][k])&amp;(!data[j2][k])$
  • void columnop(int i,int j): $\forall k\in CP,data[k][i]&amp;=!data[k][j]$
  • void columnop(int i,int j1,int j2): $\forall k\in CP,data[k][i]&amp;=(!data[k][j1])&amp;(!data[k][j2])$
  • void mult(): $\forall i,y[i]=(x&amp;data[i]).any();$
• 缓冲区操作
  • void line2buf(int i): 把行i复制给y
  • void column2buf(int i): 把列i复制给y
  • void buf2line(int i): 把x复制给行i
  • void buf2column(int i): 把x复制给列i
  • void buf2buf(): 把x复制给y
• 简单读写
  • void write_buf(BIT b,bool io=true): 把b写入x
  • BIT read_buf(bool io=true): 读出y
  • friend void trans_buf(RRAM &A,RRAM &B): 将A.y复制给B.x
• 封装过的操作
  • friend void transll(RRAM &A,int i,RRAM &B,int j): 把A的行i复制到B的行j
  • friend void translc(RRAM &A,int i,RRAM &B,int j): 把A的行i复制到B的列j
  • friend void transcl(RRAM &A,int i,RRAM &B,int j): 把A的列i复制到B的行j
  • friend void transcc(RRAM &A,int i,RRAM &B,int j): 把A的列i复制到B的列j
  • BIT readline(int i): 读出行i
  • BIT readcolumn(int i): 读出列i
  • void writeline(BIT b,int i): 把b写入行i
  • void writecolumn(BIT b,int i): 把b写入列i
• void Printinfo(FILE* file=stderr): 在程序结束时运行这个函数, 将输出rram的使用情况

不符合实际的假设

• 假定将某行(列)复制到y以及把x复制到某行(列)都需要两次操作(实际取决于优化)

• 假定在任何buffer之间均可传输数据(实际只有物理排布相邻的可以)

• 假定在不同的rram块的buffer之间传输信息都可以做到, 而且不需要经过cpu, 也就是不计io次数

rram_allocator.h

一个简单的rram调度器, 使你可以不再直接面对rram进行操作.

其核心是一个称为row​的类型, 程序员可以将他看做一个大小为64bit的向量. 而其本质上是某一个rram的两个行, 分别存储这个向量和这个向量取反.

支持运算的解释

• row(int v=0): row的构造函数, 新申请一个row, 初始化为全0(若v=1则为全1)
• row(const row &y): row的复制构造函数, 采用浅复制
• friend row operator !(const row &x): 将一个row取反, 返回一个row, 采用浅复制
• friend row deepcopy(const row &y): 深复制一个row并返回, 也就是新申请了空间
• void set(): 将一个row置为1
• void reset(): 将一个row置为0
• void write(BIT b): 将b写入row
• BIT read(): 读出row中的内容
• void operator |=(const row &y): x|=y
• void operator &=(const row &y): x&=y
• void operator ^=(const row &y): x^=y

高级使用

绝大多数情况下你不需要关心一个row内部是如何工作的, 不过在某些情况下你不得不直接面对row中的rram指针进行操作(比如说你想调用一个矩阵向量乘法因此要做rram块之间的数据迁移). 所以得知row内部究竟是什么是有益的.

row的抽象

• fr是一个指向某个rram块的指针, 表示当前row的数据存在这个rram块里
• fore是一个整数, 表示当前row的数据(的真实值)存在哪一行
• back是一个整数, 表示当前row的数据的逐位取反值存在哪一行

当你想要进行数据的迁移时, 依次使用rram.h中提供的line2buf, trans_buf, buf2line函数(或其中一部分)即可完成, 或者使用rram.h中提供的封装后的transll.

警告: 当你更改一个row中fore的值时, 切记要同时更新其back的值(通过一个lineset接一个lineop).

SHA-3-512.cpp

一个使用上述库文件完成的求解SHA-3-512哈希的cpp程序.

从plain.txt中读入原文，密文输出在SHA3-512-cipher.txt的第一行，后面的内容是Printinfo输出的关于rram的使用情况

SHA-3-512具体过程可参考Keccak Team及SHA-3 Standard

代码中为了方便使用rram_allocator对过程进行了少量的调整

一些变量及函数解释

• shifter[64]：移位用RRAM
• shift(d,r1,r2)：将row r1中的内容循环左移d位后放入row r2中
• Padding()：对应SHA3中预处理串时补充的后缀01以及pad10*1函数
• Round(A,round_num)：对应Standard中的$Rnd(A,i_r)$函数
• Sponge_with_Keccak_f_1600：对应Standard中的KECCAK[1024]=SPONGE[KECCAK-p[1600,24]], pad10*1, 576]函数