فلش‌کارت‌های آموزشی بهینه‌سازی الگوریتم‌های رمزنگاری برای سرعت

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره بهینه‌سازی الگوریتم‌های رمزنگاری برای سرعت

موضوع کلی: برنامه نویسی

موضوع میانی: محاسبات سطح بالا (High-Performance Computing)

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. مقدمه‌ای بر رمزنگاری و اهمیت سرعت
• 2. مبانی محاسبات سطح بالا (HPC)
• 3. معیارهای اندازه‌گیری عملکرد: تأخیر (Latency) و توان عملیاتی (Throughput)
• 4. معماری کامپیوتر مدرن: CPU، حافظه و گذرگاه‌ها
• 5. سلسله مراتب حافظه: رجیسترها، کش L1/L2/L3 و حافظه اصلی
• 6. مفهوم گلوگاه (Bottleneck) در عملکرد
• 7. معرفی ابزارهای پروفایلینگ: gprof و perf
• 8. تحلیل الگوریتم و پیچیدگی زمانی (Big O Notation)
• 9. محدودیت‌های تحلیل مجانبی در بهینه‌سازی عملی
• 10. رمزنگاری متقارن: مفاهیم پایه
• 11. الگوریتم AES: ساختار و مراحل
• 12. رمزنگاری نامتقارن: مفاهیم پایه
• 13. الگوریتم RSA: تولید کلید و رمزگذاری
• 14. توابع درهم‌ساز (Hash Functions): SHA-256 و SHA-3
• 15. مبانی ریاضی: حساب پیمانه‌ای (Modular Arithmetic)
• 16. مبانی ریاضی: میدان‌های متناهی (Galois Fields)
• 17. کامپایلرها و نقش آن‌ها در بهینه‌سازی
• 18. پرچم‌های بهینه‌سازی کامپایلر (O1, O2, O3, Ofast-)
• 19. تحلیل کدهای اسمبلی تولید شده توسط کامپایلر
• 20. بهینه‌سازی‌های سطح کد منبع: کاهش سربار توابع
• 21. درون‌خطی کردن توابع (Function Inlining)
• 22. باز کردن حلقه‌ها (Loop Unrolling)
• 23. کاهش قدرت عملیات (Strength Reduction)
• 24. بهینه‌سازی حافظه: محلیت داده‌ها (Data Locality)
• 25. ساختارهای داده دوستدار کش (Cache-Friendly Data Structures)
• 26. هم‌ترازی داده‌ها (Data Alignment) و تأثیر آن بر سرعت
• 27. پیش‌واکشی حافظه (Memory Prefetching)
• 28. کاهش خطاهای پرش (Branch Misprediction)
• 29. برنامه‌نویسی بدون انشعاب و حرکت شرطی (Conditional Move)
• 30. عملیات بیتی (Bitwise Operations) و کاربرد آن در رمزنگاری
• 31. مقدمه‌ای بر موازی‌سازی در سطح دستورالعمل (ILP)
• 32. خط لوله پردازنده (CPU Pipelining)
• 33. اجرای خارج از ترتیب (Out-of-Order Execution)
• 34. مقدمه‌ای بر SIMD: پردازش یک دستور بر روی چند داده
• 35. مجموعه دستورالعمل‌های MMX و SSE
• 36. مجموعه دستورالعمل‌های AVX, AVX2 و AVX-512
• 37. برنامه‌نویسی با توابع ذاتی (Intrinsics)
• 38. بهینه‌سازی AES با استفاده از دستورالعمل‌های AES-NI
• 39. بهینه‌سازی SHA با استفاده از افزونه‌های Intel SHA
• 40. پیاده‌سازی الگوریتم‌های رمزنگاری با SIMD
• 41. کتابخانه‌های محاسبات اعداد بزرگ (Bignum Libraries) مانند GMP
• 42. بهینه‌سازی ضرب اعداد بزرگ
• 43. الگوریتم ضرب کاراتسوبا
• 44. بهینه‌سازی توان پیمانه‌ای (Modular Exponentiation)
• 45. الگوریتم مربع و ضرب (Square-and-Multiply)
• 46. الگوریتم پنجره‌ای برای توان رسانی
• 47. ضرب مونتگومری (Montgomery Multiplication)
• 48. مطالعه موردی: بهینه‌سازی گام به گام AES از پایه
• 49. مطالعه موردی: بهینه‌سازی RSA
• 50. مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی موازی
• 51. مدل‌های حافظه مشترک و حافظه توزیع شده
• 52. معرفی نخ‌ها (Threads) و فرآیندها (Processes)
• 53. برنامه‌نویسی چندنخی با Pthreads
• 54. برنامه‌نویسی چندنخی با ++std::thread در C
• 55. همگام‌سازی: Mutex و Semaphore
• 56. عملیات اتمی (Atomic Operations)
• 57. معرفی OpenMP برای موازی‌سازی ساده
• 58. موازی‌سازی حلقه‌ها با OpenMP
• 59. مطالعه موردی: شکستن رمز عبور به صورت موازی با CPU
• 60. مقدمه‌ای بر محاسبات با GPU
• 61. معماری GPU: هسته‌ها، Warp/Wavefront و حافظه
• 62. مدل برنامه‌نویسی CUDA
• 63. مدل برنامه‌نویسی OpenCL
• 64. نوشتن اولین هسته (Kernel) در CUDA
• 65. مدیریت حافظه در GPU: حافظه سراسری، مشترک و محلی
• 66. الگوهای بهینه‌سازی در CUDA: دسترسی یکپارچه به حافظه (Coalescing)
• 67. کاهش تداخل بانک حافظه مشترک (Shared Memory Bank Conflicts)
• 68. انتقال داده بین میزبان (CPU) و دستگاه (GPU)
• 69. جریان‌ها (Streams) در CUDA برای همپوشانی محاسبات و انتقال داده
• 70. پیاده‌سازی AES بر روی GPU
• 71. پیاده‌سازی توابع درهم‌ساز بر روی GPU
• 72. چالش‌های رمزنگاری روی GPU
• 73. مقدمه‌ای بر محاسبات توزیع شده
• 74. رابط ارسال پیام (MPI)
• 75. ارتباطات نقطه به نقطه در MPI
• 76. ارتباطات جمعی (Collective Communications) در MPI
• 77. مطالعه موردی: فاکتورگیری اعداد بزرگ با MPI
• 78. معرفی رمزنگاری منحنی بیضوی (ECC)
• 79. عملیات پایه در ECC: جمع و دو برابر کردن نقاط
• 80. ضرب اسکالر در ECC
• 81. بهینه‌سازی محاسبات میدان در ECC
• 82. بهینه‌سازی سیستم‌های مختصات (Jacobian, Projective)
• 83. مقدمه‌ای بر رمزنگاری پساکوانتوم (PQC)
• 84. چالش‌های عملکردی در الگوریتم‌های مبتنی بر مشبکه (Lattice-based)
• 85. حملات کانال جانبی (Side-Channel Attacks)
• 86. حملات زمان‌بندی (Timing Attacks)
• 87. برنامه‌نویسی با زمان ثابت (Constant-Time Programming)
• 88. حملات مبتنی بر کش (Cache-Timing Attacks)
• 89. توازن بین امنیت و عملکرد در بهینه‌سازی
• 90. مقدمه‌ای بر FPGA و شتاب‌دهی سخت‌افزاری
• 91. پیاده‌سازی پایپ‌لاین عمیق الگوریتم‌های رمزنگاری در FPGA
• 92. مقایسه عملکرد: CPU در مقابل GPU در مقابل FPGA
• 93. معرفی کتابخانه‌های بهینه‌شده: OpenSSL
• 94. تحلیل عملکرد کتابخانه libsodium
• 95. استفاده از بهینه‌سازی هدایت‌شده توسط پروفایل (PGO)
• 96. بهینه‌سازی زمان پیوند (Link-Time Optimization)
• 97. روند‌های آینده در سخت‌افزار و تأثیر آن بر رمزنگاری
• 98. جمع‌بندی و مرور کلی دوره
• 99. **روش‌های موازی‌سازی در رمزنگاری: SIMD، چندنخی و GPU**
• 100. **حملات کانال جانبی و ملاحظات امنیتی در بهینه‌سازی سرعت**