[發明專利]應用于SM4與Camellia密碼算法的可重構S盒電路結構

有效

• 申請號: 201710316518.X
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN106998249B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 鄭辛星;張肖強;邢博昱;王倩
• 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

本發明提供的應用于SM4密碼算法和Camellia密碼算法的可重構S盒電路結構，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，選擇器1和選擇器2均為二選一選擇器。本發明通過復用復合域乘法逆單元方式，實現SM4S盒運算和Camellia?S盒運算的可重構功能，且復合域乘法逆的復用可以大大減少了電路面積，同時，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。

技術領域

本發明涉及密碼電路技術領域，尤其涉及一種應用于SM4與Camellia密碼算法的可重構S盒電路結構。

背景技術

1.SM4密碼算法和Camellia密碼算法

SM4密碼算法是由我國國家商用密碼管理辦公室于2006年1月公布的第一個商用分組密碼算法，其分組長度和密鑰長度均為128比特。Camellia算法是由日本電報電話公司和三菱公司于2000年共同設計，Camellia算法的數據分組長度也是128比特，密鑰長度為128比特、192比特和256比特三種。Camellia已被許多組織選為標準算法，包括歐洲的NESSIE標準、日本的CRYPTREC標準、以及國際標準化組織與國際電工委員會制定的ISO/IEC18033-3標準。

分組密碼標準的多樣性為密碼系統實現帶來巨大挑戰，為了滿足不同地區和不同行業的應用需求，往往需要將不同的算法集成到一個硬件平臺中。

2.SM4?S盒運算和Camellia?S盒運算

在SM4密碼算法和Camellia密碼算法中，字節替換運算(通常稱為S盒運算)是唯一的非線性運算，運算復雜度最高。因此在SM4密碼算法電路和Camellia密碼算法電路，S盒運算電路均是最主要的運算部件，分別在這兩個密碼算法電路中分別占據了大部分邏輯資源。

2.1SM4?S盒運算

在SM4密碼算法中，加密過程和解密過程采用同一個S盒運算。SM4?S盒首先對輸入字節進行一個仿射運算，然后再進行一個GF(2⁸)域乘法逆運算，最后再次進行仿射運算，其表示式為：

其中(M_s×x+c_s)_S^-1為SM4密碼算法指定的GF(2⁸)域上的乘法逆運算，M_S為8×8bit常數矩陣，c_S為8bit常數向量，M_S和c_S用于完成仿射運算。

SM4密碼算法中所指定的GF(2⁸)域的不可約多項式為：

f(x)＝x⁸+x⁷+x⁶+x⁵+x⁴+x²+1

常數矩陣M_S和常數向量c_S分別為：

2.2Camellia?S盒運算

Camellia密碼算法加密過程采用了4個不同的S盒運算，分別為：