(加密硬件与嵌入式系统CHES 2001)Cryptographic hardware and embedded systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:1 edition (2001年9月1日)

作者:Cetin K. Koc

出品人:

页数:410

译者:

出版时间:2001-12

价格:722.64元

装帧:平装

isbn号码:9783540425212

丛书系列:

图书标签:

• 计算机
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• ARM
• 密码学
• 硬件安全
• 嵌入式系统
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• 硬件加速
• 密码学工程
• 侧信道攻击
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• 信息安全
• 计算机安全

好的，这是一本关于数据结构与算法在操作系统设计中的应用的图书简介，内容将侧重于讲解如何在现代操作系统内核中有效地组织和管理数据，以及如何利用高效的算法来处理并发、内存管理和进程调度等核心任务。 --- 书籍名称：《内核深处：数据结构与算法在现代操作系统设计中的精微之道》 核心理念与目标读者 本书旨在为操作系统开发者、系统程序员以及对底层计算原理有深入探究欲望的读者，提供一套全面且深入的理论框架与实践指南。我们不再停留在操作系统的表层功能介绍，而是深入探究支撑起这一切复杂功能的基石——高效的数据结构与算法设计。 操作系统是计算世界的“指挥中心”，其性能的瓶颈往往不在于CPU的绝对速度，而在于对共享资源的访问、数据流的组织和上下文切换的效率。本书将系统性地剖析这些效率瓶颈，并展示如何运用经典与现代的算法和数据结构来攻克这些难题。 本书的受众包括： 1. 操作系统内核开发者：需要优化现有内核模块或设计新的子系统的专业人士。 2. 嵌入式系统与实时系统（RTOS）工程师：对内存占用和确定性要求极高的开发者。 3. 高性能计算（HPC）和云计算基础设施工程师：关注虚拟化、I/O调度和大规模并行处理的架构师。 4. 计算机科学高级课程学生与研究人员：希望将理论知识与实际系统实现紧密结合的探索者。 第一部分：基础重塑——数据结构的现代演绎 操作系统的核心任务之一是管理资源，而资源的管理本质上就是数据的组织。本部分将系统地回顾并深入探讨那些在内核编程中焕发新生的数据结构。 第一章：链表与内存管理中的角力 我们将从最基础的链表（Singly, Doubly, Circular Linked Lists）开始，但重点不在于基础语法，而在于它们在物理内存管理中的应用。如何利用空闲链表（Free-List）来追踪和分配页帧（Page Frames）？我们将详细分析Buddy System（伙伴系统）如何结合链表实现高效的内存合并与拆分，并探讨其在面对外部碎片时的优劣。此外，针对现代CPU缓存的局部性要求，我们将比较线性数组组织与链表结构在遍历速度上的实际性能差异，尤其是在低延迟场景下的权衡。 第二章：树结构：从目录到调度器 树结构是分层管理和快速查找的基石。本书将聚焦于B树及其变体（如B+树）在虚拟文件系统（VFS）索引和页表管理中的作用。我们将深入分析B树如何平衡磁盘I/O的效率与内存访问的速度。随后，我们将转向红黑树（Red-Black Trees）在进程调度器中的应用——例如，如何利用其$O(log N)$的查找、插入和删除特性来实现高效的可运行进程队列的管理。对于需要严格时间界限的系统，我们将讨论权衡树（Weighted Red-Black Trees）在比例公平调度（CFS，Completely Fair Scheduler）中的精确实现机制。 第三章：散列表与哈希函数在内核中的陷阱与优化 哈希表提供了平均$O(1)$的查找性能，但在内核中，其最坏情况性能和冲突处理是致命的。本章将详述内核中常用的安全哈希技术，重点探讨Cuckoo Hashing（布谷鸟哈希）在避免灾难性性能下降方面的潜力，以及在网络连接追踪表（如Conntrack）和inode缓存中如何权衡空间占用与查找速度。我们将分析并实现针对特定内核对象的非加密抗碰撞哈希函数的设计原则。 第二部分：算法的战场——并发、同步与调度 操作系统是并发的代名词。本部分将深入研究保障系统正确性、安全性和性能的核心算法。 第四章：同步原语的底层算法实现 锁是并发编程的生命线，但错误的锁实现是死锁和活锁的温床。我们将超越简单的信号量（Semaphores）和互斥锁（Mutexes），深入剖析无锁（Lock-Free）和无等待（Wait-Free）算法的数学基础。重点研究CAS（Compare-and-Swap）操作在实现高性能队列（如Michael & Scott Queue）和栈中的应用。我们将分析RCU（Read-Copy-Update）机制的创新性，它如何通过延迟释放资源来极大地优化读多写少的内核子系统（如网络协议栈）。 第五章：高效的进程与线程调度算法 调度是操作系统的核心智能体现。本章将详细拆解主流调度算法的实现细节： 时间片轮转（Round-Robin）的变种与优先级提升/衰减机制。 多级反馈队列（MLFQ）的设计哲学与实际性能调优。 深度剖析CFS（Completely Fair Scheduler）如何通过虚拟运行时间（vruntime）的概念，将复杂的优先级调度转化为简单的最小化比较问题，并探讨其对负载均衡的影响。 在实时系统中，最早截止时间优先（EDF）和固定优先级可继承协议（PIPs）在处理资源竞争时的算法推导。 第六章：内存访问与缓存一致性的数据流算法 现代CPU架构决定了内存访问的速度差异巨大。本章聚焦于如何通过数据结构和算法的布局来优化缓存行填充和伪共享（False Sharing）问题。我们将分析TLB（Translation Lookaside Buffer）的缓存机制，以及操作系统如何通过页表结构（如多级页表）的算法设计来最小化TLB未命中时的开销。此外，我们将探讨虚拟内存（VM）的换入换出（Paging/Swapping）算法，重点对比LRU（最近最少使用）的理论完美性与内核中更实用的Clock Algorithm或Two-List Heuristics的性能折衷。 第三部分：系统级应用：虚拟化与I/O调度 在多核和虚拟化日益普及的今天，系统级的数据结构和算法面临新的挑战。 第七章：I/O调度器的结构与算法优化 块设备的I/O是系统中效率最低的部分之一。本章将分析不同I/O调度器背后的数据结构设计： FIFO/Deadline 调度器如何利用队列组织请求。 CFQ（Completely Fair Queuing）如何借鉴进程调度的思想，为每个进程维护独立的I/O队列，并使用红黑树来管理这些队列的“公平性”。 BFQ（Budget Fair Queuing）如何通过限制单个进程的I/O预算来保证交互式应用的响应速度。我们将通过代码分析展示这些结构如何从根本上优化机械硬盘和固态硬盘的访问模式。 第八章：虚拟化环境下的数据结构挑战 在管理Hypervisor和Guest OS时，数据结构的同步和隔离至关重要。我们将探讨影子页表（Shadow Page Tables）的维护机制，这本质上是一个需要高性能增删改查的复杂映射问题。此外，我们还将分析虚拟中断控制器（vPIC/vAPIC）状态的同步机制，它们如何利用原子操作和轻量级锁结构来最小化退出（Exits）到Hypervisor的成本。 结语：面向未来的设计哲学 本书不仅是知识的陈列，更是一种设计哲学的传授。它强调：在操作系统层面，对性能的追求必须与对正确性的承诺相平衡。高效的数据结构不是银弹，而是针对特定约束（如延迟、吞吐量、内存占用和缓存友好性）进行精确量化和权衡的产物。掌握这些底层工具，才能真正驾驭现代复杂系统的性能曲线。 ---

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这本书，我刚拿到手，就感受到了它沉甸甸的学术分量。书名《加密硬件与嵌入式系统CHES 2001》中的“CHES 2001”字样，对于我这个在密码学和信息安全领域有所涉猎的人来说，是一个极其有吸引力的标签。CHES（Cryptographic Hardware and Embedded Systems）本身就是一个享誉国际的顶级学术会议，意味着这本书很可能收录了当时该领域最前沿、最精尖的研究成果。我是一名对此领域充满好奇心的学习者，我非常想知道，在2001年那个时间点，人们对于加密硬件和嵌入式系统的安全是如何思考和实现的。我设想，书中可能详细阐述了当时主流加密算法（如DES、AES、RSA等）在特定硬件平台（如FPGA、ASIC）上的高效实现技术，探讨了如何优化面积、功耗和性能。更重要的是，我非常关心书中是否包含了对当时已知或新兴的安全威胁（如侧信道攻击、故障注入攻击等）的深入分析，以及针对这些威胁所提出的硬件防护机制。这本书是否能为我提供一个历史的视角，让我理解今天的嵌入式安全技术是如何一步步发展演变而来的？它可能不会包含最新的攻击向量或防御措施，但它所阐述的基础理论、设计原则和研究方法，很可能依然具有深刻的指导意义。我期待通过阅读这本书，能够更深入地理解加密硬件在嵌入式系统中扮演的关键角色，以及在资源受限环境下实现安全目标的挑战与智慧。

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当我拿到《加密硬件与嵌入式系统CHES 2001》这本书时，我感到了一种沉甸甸的历史感和专业感。2001年的CHES会议，在我看来，就像是加密硬件和嵌入式系统领域的一个重要的里程碑。那个时代的计算能力、存储空间、以及对安全的理解，都与现在有着巨大的差异。因此，我非常好奇这本书究竟收录了哪些在当时看来是革命性的技术和思想。它是否会探讨当时主流的加密算法在嵌入式设备上的硬件实现，比如如何优化DES或早期的AES实现？我尤其想知道，在那个相对“原始”的年代，研究人员们是如何思考和解决嵌入式系统安全问题的。是不是已经有了针对侧信道攻击的初步研究，或者对硬件安全模块（HSM）有了初步的构想？我希望这本书能提供一个视角，让我看到这些前沿技术是如何从最初的萌芽，一步步发展到今天我们所熟知的样子。这本书的价值，可能并不在于它直接提供了适用于当前最新芯片设计的代码，而在于它所蕴含的那些基础性的理论、设计哲学和解决问题的思路。例如，在资源极其有限的嵌入式平台上，如何权衡安全性和性能，如何进行功耗和面积的优化，这些都是永恒的课题。我想通过阅读这本书，去理解那些早期在硬件安全领域探索的先驱者们是如何思考的，他们的思路和方法，或许能给我带来一些意想不到的启示，帮助我更好地理解和设计当今的嵌入式安全系统。

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这本书，《加密硬件与嵌入式系统CHES 2001》，在我手中散发着一种独特的学术和历史的魅力。2001年，对于嵌入式系统和密码学硬件而言，是一个承前启后的重要年份，而CHES会议的出现，更是汇聚了当时该领域最前沿的研究成果。作为一名对嵌入式安全充满热情的开发者，我非常好奇这本书究竟收录了哪些在当时被认为是突破性的技术和理论。我猜想，书中会详细阐述当时各种加密算法在硬件层面上的实现细节，例如如何在FPGA或ASIC上高效地实现AES、RSA等，并深入探讨功耗、面积和性能之间的权衡。更令我着迷的是，我希望了解当时对于嵌入式硬件安全威胁的研究进展，比如如何对抗侧信道攻击（如差分功耗分析、时序攻击），以及是否已经有了对硬件安全模块（HSM）的初步设计理念和实现方案。这本书，对我来说，更像是一次“技术考古”，我希望从中挖掘出那些奠定现代嵌入式安全基础的智慧火花。虽然它可能不会提供直接应用于当前最先进芯片的解决方案，但它所蕴含的深层次的设计原理、安全思想以及解决复杂问题的思路，对于我理解当下遇到的挑战，并寻求更本质的解决方案，具有不可替代的价值。我期待通过这本书，能够穿越回2001年，去感受那个时代技术探索的严谨与激情。

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我对《加密硬件与嵌入式系统CHES 2001》这本书的期待，主要集中在它所代表的那个时代的研究深度和前瞻性。CHES会议本身就汇聚了该领域的顶尖专家，而2001年的会议，无疑记录了当时关于加密硬件和嵌入式系统安全最前沿的思考和探索。我是一名在嵌入式安全领域工作的工程师，深知在资源极其有限的嵌入式设备上实现强大的加密功能，是一项充满挑战的任务。我希望这本书能深入阐述当时在这些方面所做的研究，例如，如何在高效率的同时，确保加密算法在硬件实现上的安全性，如何抵抗各种形式的侧信道攻击（如DPA, SPA），以及如何设计安全的硬件模块（HSM）。我尤其好奇，在那个时代，对于嵌入式系统的安全威胁，例如物理攻击、故障注入攻击等，是否已经有了深入的分析和相应的硬件防护措施。这本书可能不会直接提供针对最新处理器架构的优化方案，但它所蕴含的那些关于安全设计原则、底层原理以及权衡取舍的智慧，对我理解当前面临的各种安全问题，并寻求更根本的解决方案，无疑具有重要的指导意义。我期待通过这本书，能够“穿越”回2001年，去了解那些奠定现代嵌入式安全基础的研究，从而更好地理解我们今天的技术现状和未来的发展方向。

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拿到这本书《加密硬件与嵌入式系统CHES 2001》，我首先想到的是它所蕴含的“年代感”与“硬核”气息。2001年，这个时间节点，对于我们今天所处的快速迭代的科技时代来说，是一个相对遥远的过去。那个时候，嵌入式系统的计算能力、存储容量，以及我们对网络安全和数据隐私的认知，都与现在有着天壤之别。因此，我对这本书能提供的价值，更多地是将其视为一段历史的记录，一次技术思想的溯源。我迫切地想知道，在那个相对“保守”的年代，密码学和嵌入式系统领域的研究者们，是如何勾勒出加密硬件的蓝图，又是如何将其“嫁接”到当时的嵌入式设备上的。我猜想，书中可能会探讨一些早期的硬件加密加速器设计，比如如何用ASIC或FPGA来实现AES、DES等算法，以及当时在功耗和面积优化方面所面临的挑战。同时，我也会非常关注，在那时，关于嵌入式系统安全的威胁和防护，是否已经有了初步的认识和研究。例如，侧信道攻击（如功耗分析、电磁辐射分析）在当时是否已经被广泛研究，以及有哪些基础性的防御策略被提出？这本书或许不会提供现成的解决方案，但它所承载的那些开创性的思考、基础性的理论和早期实践，对于我们理解现代嵌入式安全技术的发展脉络，无疑是极具价值的。我希望通过阅读它，能够“拨开迷雾”，看到这些重要技术是如何一步步演化至今的。

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当我拿到这本《加密硬件与嵌入式系统CHES 2001》时，我脑海中涌现出的是一种对技术历史的探索欲。2001年，对于嵌入式系统和加密技术来说，是一个充满变革和机遇的时代。CHES会议，更是这个领域内最权威的交流平台之一。我作为一名对嵌入式系统安全有着浓厚兴趣的学习者，迫切地想知道，在那一年，有哪些关于加密硬件设计的突破性想法被提出？书中是否会深入探讨当时主流加密算法在硬件实现上的性能优化，以及如何平衡安全性与资源消耗？我特别关注它是否会对当时新兴的安全威胁，例如侧信道攻击，有深入的研究和分析，并提出相应的硬件防护措施。我知道，这本书可能不会提供最新的代码或工具，但它所记录的那些基础性的理论、设计哲学以及解决问题的思路，对于理解现代嵌入式安全技术的发展脉络，无疑是至关重要的。它就像是一份珍贵的历史文献，能够帮助我“追根溯源”，理解我们今天所依赖的安全技术，是如何一步步从早期探索和研究中孕育而生的。我希望通过阅读这本书，能够获得对加密硬件设计原则的深刻理解，并从中汲取智慧，以更好地应对当前和未来嵌入式系统所面临的安全挑战。

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这本书我拿到手已经有一段时间了，尽管我并没有立刻深入阅读，但它那种厚重感和硬核的封面设计，就已经足够吸引我的注意力，让我对它充满了期待。我是一名嵌入式系统的爱好者，平时的工作和业余时间都会接触到这方面的技术，也深知在如今这个信息爆炸的时代，数据安全和隐私保护的重要性。而加密硬件，更是为这些保护措施提供了最坚实的基础。这本书的名字——“加密硬件与嵌入式系统CHES 2001”，就直接点明了它的核心内容，而且“CHES”这个缩写，对于了解密码学和安全领域的人来说，绝不陌生，它代表着一个重要的学术会议，这意味着这本书很可能收录了当时该领域最前沿的研究成果和技术洞察。我对其中可能涉及的硬件安全模块（HSM）、安全芯片设计、侧信道攻击防护，以及嵌入式设备在物联网、智能家居、汽车电子等领域的安全应用充满了好奇。我设想，这本书的扉页上，一定汇聚了来自世界顶尖研究机构和公司的专家们的智慧，他们将带领我一步步走进加密硬件的神秘世界，理解那些复杂的加密算法是如何被高效、安全地实现在小巧的嵌入式芯片上的。我尤其期待书中能够详细阐述在资源受限的嵌入式环境中，如何平衡性能、功耗和安全性，这无疑是一个巨大的挑战，也是一个极具吸引力的研究方向。读完这本书，我希望能获得对加密硬件设计理念的深刻理解，掌握一些实用的安全设计原则，甚至能够激发我自己在未来的项目中有意识地去构建更安全的嵌入式系统。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一扇通往更安全数字未来的窗户。

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手捧着这本《加密硬件与嵌入式系统CHES 2001》，我首先感受到的是一股浓厚的研究气息，仿佛是直接从当年的学术殿堂中搬运过来的。CHES会议，本身就代表了密码学硬件和嵌入式系统领域最前沿的研究成果，而2001年的这一届，更是见证了那个时代该领域的技术探索。我是一位在嵌入式领域工作多年的工程师，深知在资源受限的环境下实现强大的安全功能是一项巨大的挑战。因此，我特别期待这本书能够深入探讨当时那些突破性的研究，例如，在当时的硬件条件下，如何实现高效且安全的加密算法硬件加速，是否已经有了关于抗侧信道攻击（如DPA, SPA）的早期理论和实践？我猜想，书中会包含很多关于硬件安全模块（HSM）的设计理念和实现细节，以及如何在嵌入式系统中集成这些安全组件。同时，对于嵌入式系统而言，功耗和面积是至关重要的考量因素，我希望这本书能提供一些关于如何在这些限制条件下，依然能够实现高水平安全性的策略和方法。它或许不会直接提供最新的代码示例，但其背后所阐述的底层设计原理、权衡取舍的智慧，以及对安全威胁的深刻洞察，对于理解现代嵌入式安全的发展脉络，无疑具有不可替代的价值。我期待这本书能让我“穿越”回2001年，去感受当时技术探索的激情，并从中汲取宝贵的思想财富，反哺我今天的实践。

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这本《加密硬件与嵌入式系统CHES 2001》带给我的第一印象，是一种严谨、深度的学术氛围。它的标题就透露出其不凡的出身——“CHES 2001”，这意味着它所包含的内容，极有可能源自于当年在密码学硬件与嵌入式系统领域最顶尖的学术盛会。对于像我这样，在嵌入式安全领域摸爬滚打多年的工程师来说，这样的会议论文集，往往是深入了解前沿技术、把握发展趋势的宝贵资料。我设想，书中不会有太多浮夸的营销词汇，更多的是扎实的理论推导、精密的实验数据和详实的算法描述。我期待它能够深入剖析各种加密算法在硬件层面上的具体实现细节，例如，如何在FPGA或ASIC上高效地实现AES、RSA等算法，并探讨其中的性能优化和面积折减策略。同时，作为嵌入式系统的一部分，我更关注它如何将这些加密硬件集成到实际的嵌入式设备中，以及在这个过程中可能遇到的挑战，比如功耗约束、实时性要求、以及如何保证固件的安全更新等等。这本书会不会详细讲解一些经典的硬件安全防护技术，比如如何对抗差分功耗分析（DPA）、时序攻击，甚至是故障注入攻击？这些都是我们在设计安全敏感的嵌入式产品时必须考虑的关键问题。我渴望从这本书中汲取到最纯粹的技术养分，理解那些在底层硬件层面是如何保障信息安全，让那些看似微不足道的芯片，承载起保护我们数字生活的重任。

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拿到这本《加密硬件与嵌入式系统CHES 2001》后，我首先被它的专业性和年代感所吸引。2001年，对于现在来说，已经是二十多年前了。那个时候，嵌入式系统和加密技术的发展，与今天相比，无疑是截然不同的。这让我产生了一个疑问：这本书的内容，在今天看来，会有多大的参考价值？是会显得陈旧过时，还是会像经典的著作一样，即便时过境迁，其核心思想和基础理论依然具有不可替代的价值？我抱着一种探索的心态去翻阅，期望能从中找到一些“穿越时空”的智慧。我猜想，这本书可能更多地会侧重于当时的加密算法在硬件上的实现方式，以及那些早期的嵌入式安全设计思路。也许其中会介绍一些现在已经不太常用的加密标准，但背后所蕴含的硬件实现原理、时序分析、功耗分析等攻击与防护技术，或许依然是理解现代安全硬件的基础。我特别关注它在“CHES 2001”这个背景下的内容，这意味着它可能收录了当时学界和业界关于加密硬件领域的最新研究，这些研究很可能为后续的技术发展奠定了基础。例如，在当时，如何设计能够抵御简单故障注入攻击的硬件，如何在有限的资源下实现高效的公钥加密，这些都是极具挑战性的问题。这本书是否能为我提供一些历史性的视角，让我理解今天我们习以为常的安全技术，是如何一步步演进而来的？这正是我对它最大的兴趣点。

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