[發(fā)明專利]一種基于OpenCL的AES并行化實現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410153285.2
• 申請日: 2014-04-16
• 公開（公告）號: CN103973431B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 龔征;袁宇恒;何振忠;溫雅敏
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06;G06F9/38
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44245
• 代理人: 黃磊

1.一種基于OpenCL的AES并行化實現(xiàn)方法，其特征在于，包括下述步驟：

S1、確定明/密文及輪密鑰分組的數(shù)量，準備好明/密文及輪密鑰數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)；

S2、確定AES的執(zhí)行模式，為編寫內(nèi)核函數(shù)做準備；

S3、編寫內(nèi)核函數(shù)；

S4、編寫OpenCL程序主文件，為OpenCL程序的執(zhí)行做準備；

S5、設(shè)置程序運行參數(shù)，分配內(nèi)存空間，運行程序；

S6、獲取加解密結(jié)果，釋放資源。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OpenCL的AES并行化實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟S1中，輪密鑰的數(shù)據(jù)在主機端預先生成好。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OpenCL的AES并行化實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟S2中，根據(jù)AES的設(shè)計，將每一輪的不同操作轉(zhuǎn)化為僅用T表和異或來實現(xiàn)；其具體實現(xiàn)方式是：

假設(shè)a為一輪的輸入，長度為128比特，此處看成是4×4字節(jié)的矩陣，按照32比特劃分為4份，即a0，a1，a2，a3，1份相當于原有矩陣中的1行，如a_0,j代表原有矩陣中的第一行第j列的元素，d為一輪的輸出，那么，d可以表示為：

d_j=T₀[a_0,j]⊕T₁[a_1,j+1]⊕T₂[a_2,j+2]⊕T₃[a_3,j+3]⊕k_j；

其中T0,T1,T2,T3為4個T表，kj為第j列要與之異或的子輪密鑰；經(jīng)過上述處理后，原本需要經(jīng)過字節(jié)替換、行移位、列混合以及輪密鑰加四個操作才能獲取的一輪的輸出，現(xiàn)在就轉(zhuǎn)化為僅依靠查表和異或就能獲取到；在完成上述操作前需要預先準備好T表并將其寫在內(nèi)核文件中；

T表的類型可設(shè)為4字節(jié)的靜態(tài)無符號整型私有值、4字節(jié)的無符號整型常量或靜態(tài)無符號整型常量類型，需要注意，T表應(yīng)寫在內(nèi)核函數(shù)之外，因為內(nèi)核函數(shù)之內(nèi)不允許使用靜態(tài)類型，而且將T表寫在內(nèi)核函數(shù)中會導致程序運行時性能的下降。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于OpenCL的AES并行化實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟S2中，AES的執(zhí)行模式選用電子密碼本ECB模式、計時器CTR模式以及輸出反饋OFB模式三種模式中的一種。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于OpenCL的AES并行化實現(xiàn)方法，其特征在于，步驟S3中，編寫內(nèi)核參數(shù)的具體方法為：

S31、該函數(shù)有四個參數(shù)，分別是輸入數(shù)據(jù)的地址、輸出數(shù)據(jù)的地址、輪密鑰的地址、輪數(shù)，其中，輸入和輸出數(shù)據(jù)的地址類型均為無符號字符向量全局指針global uchar4*，輪密鑰的地址類型為無符號字符向量常量指針constant uchar4*，輪數(shù)的類型為整型；該內(nèi)核函數(shù)的參數(shù)可根據(jù)實際的需求增加或減少；

S32、存放加/解密結(jié)果的中間變量設(shè)為私有無符號字符向量private uchar4類型，其中uchar4為OpenCL中特有的類型，用來表示向量，類型后的數(shù)字表示該向量包含多少個值，uchar4就是包含4個無符號字符類型的向量；

S33、由于程序?qū)嶋H運行時，一個工作節(jié)點單獨負責一個內(nèi)核程序的執(zhí)行，然而各個工作節(jié)點的輸入輸出數(shù)據(jù)也是獨立的，所以編寫內(nèi)核函數(shù)的時候，應(yīng)確保當前執(zhí)行的工作節(jié)點訪問到正確的數(shù)據(jù)；可通過使用get_global_id()函數(shù)來標識當前工作節(jié)點在工作空間中的位置，利用該位置來限定各個工作節(jié)點所訪問數(shù)據(jù)的位置；

S34、根據(jù)上述選擇的AES的執(zhí)行模式，結(jié)合上述的對AES進行優(yōu)化的方法，將AES的加/解密算法寫進內(nèi)核函數(shù)，待加/解密的數(shù)據(jù)應(yīng)利用輸入數(shù)據(jù)地址從輸入數(shù)據(jù)的空間之中讀取，加/解密完成后，利用輸出數(shù)據(jù)的地址將加/解密的結(jié)果寫入到輸出數(shù)據(jù)的空間之中。