[發明專利]可重構S盒電路結構

有效

• 申請號: 201710116266.6
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106921487B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 鄭辛星;張肖強
• 申請（專利權）人: 蕪湖職業技術學院
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06
• 代理公司: 江蘇漫修律師事務所 32291
• 代理人: 云潔

1.一種可重構S盒電路結構，其特征在于，包括：合成矩陣乘法單元1、合成矩陣乘法單元2、常數加單元1、常數加單元2、常數加單元3、常數加單元4、復合域乘法逆單元、選擇器1、選擇器2、字節數據輸入端口、字節數據輸出端口和控制信號輸入端口，所述選擇器1和所述選擇器2均為三選一選擇器；

所述合成矩陣乘法單元1的輸入端口與字節數據輸入端口相連接；合成矩陣乘法單元1的輸出端P_A、輸出端P_V、輸出端P_S分別與選擇器1的輸入端、常數加單元1的輸入端、常數加單元2的輸入端一一對應連接；所述常數加單元1的輸出端和常數加單元2的輸出端均與選擇器1的輸入端連接；所述選擇器1的輸出端與復合域乘法逆單元的輸入端相連接；所述復合域乘法逆單元的輸出端與合成矩陣乘法單元2的輸入端相連接；所述合成矩陣乘法單元2的輸出端P_A、輸出端P_V、輸出端P_S分別與常數加單元3的輸入端、選擇器2的輸入端、常數加單元4的輸入端一一對應連接；所述常數加單元3的輸出端和常數加單元4的輸出端分別與選擇器的輸入端相連接；所述選擇器2的輸出端與字節數出端口相連接；所述選擇器1和選擇器2的選擇端與控制信號輸入端口相連接；

所述的合成矩陣乘法單元1實現合成矩陣乘法運算Φ×；所述的合成矩陣Φ由AES加密S盒中的常數矩陣D_A、AES解密S盒中的常數矩陣Q'_A、SM4?S盒中的常數矩陣R_S組合而成；合成矩陣乘法單元1的輸出端P_A、輸出端P_V和輸出端P_S分別輸出常數矩陣乘法D_A×的運算結果、常數矩陣乘法Q'_A×的運算結果和常數矩陣乘法R_S×的運算結果；

所述的合成矩陣乘法單元2實現合成矩陣乘法運算Ψ×；所述的合成矩陣Ψ由AES加密S盒中的常數矩陣Q_A、AES解密S盒中的常數矩陣D'_A、SM4?S盒中的常數矩陣Q_S組合而成；合成矩陣乘法單元2的輸出端P_A、輸出端P_V和輸出端P_S分別輸出常數矩陣乘法Q_A×的運算結果、常數矩陣乘法D'_A×的運算結果和常數矩陣乘法Q_S×的運算結果；

所述的常數加單元1實現AES解密S盒中的加常數d_A運算；所述的常數加單元2實現SM4?S盒中的加常數d_S運算；所述的常數加單元3實現AES加密S盒中的加常數c_A運算；所述的常數加單元4實現SM4?S盒中的加常數c_S運算；所述的復合域乘法逆單元實現輸入字節在復合域上乘法逆運算；

所述可重構S盒電路結構具有三個工作模式：AES加密S盒工作模式、AES解密S盒工作模式和SM4?S盒工作模式；在選擇信號的控制下，選擇器1和選擇器2分別選擇不同的信號通道，從而實現可重構S盒不同的工作模式；在AES加密S盒工作模式下，選擇器1輸出合成矩陣乘法單元1的輸出端P_A上的運算結果，選擇器2輸出常數加單元3的運算結果；在AES解密S盒工作模式下，選擇器1輸出常數加單元1的運算結果，選擇器2輸出合成矩陣乘法單元2的輸出端P_V上的運算結果；在SM4?S盒工作模式下，選擇器1輸出常數加單元2的運算結果，選擇器2輸出常數加單元4的運算結果；所述控制信號由控制信號輸入端口輸入；

所述可重構S盒電路結構通過復用復合域乘法逆單元方式，實現AES加密S盒運算、AES解密S盒運算和SM4?S盒運算的可重構功能，復合域乘法逆的復用可以大大減少了電路面積，同時可重構S盒中的合成矩陣結構有利于電路優化效率的提高，從而進一步減少電路面積。

2.根據權利要求1所述可重構S盒電路結構，其特征在于，所述的常數d_A為AES解密S盒中的常數c_A與常數矩陣Q'_A的乘積；

所述的常數d_S為SM4S盒中的常數c_S與常數矩陣D_S的乘積；

所述的常數c_A為AES密碼算法中指定的仿射運算中的常數向量；

所述的常數c_S為SM4密碼算法中指定的仿射運算中的常數向量；

所述的常數矩陣Q'_A為常數矩陣D_A與常數矩陣M'_A的乘積；

所述的常數矩陣R_S為常數矩陣D_S與常數矩陣M_S的乘積；

所述的常數矩陣Q_A為常數矩陣M_A與常數矩陣D'_A的乘積；

所述的常數矩陣Q_S為常數矩陣M_S與常數矩陣D'_S的乘積；

所述的常數矩陣D_A為映射矩陣，其作用是將AES密碼算法中指定的GF(2⁸)域上的元素映射到目標復合域上；

所述的常數矩陣D'_A為映射矩陣，其作用是將目標復合域上的元素映射到AES密碼算法中指定的GF(2⁸)域上；

所述的常數矩陣D_S為映射矩陣，其作用是將SM4密碼算法中指定的GF(2⁸)域上的元素映射到目標復合域上；

所述的常數矩陣D'_S為映射矩陣，其作用是將目標復合域上的元素映射到SM4密碼算法中指定的GF(2⁸)域上；

所述的常數矩陣M_A為AES密碼算法中指定的加密流程仿射運算中的常數矩陣；

所述的常數矩陣M'_A為AES密碼算法中指定的解密流程仿射運算中的常數矩陣；

所述的常數矩陣M_S為SM4密碼算法中指定的仿射運算中的常數矩陣；

所述的復合域為任意與GF(2⁸)域同構的復合域。