[發明專利]一種面向IoT應用的8比特AES電路

有效

• 申請號: 201711384586.6
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108134665B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 單偉偉;范傲;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學;東南大學—無錫集成電路技術研究所
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06;H04L9/08;H04L29/08;H04L29/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 熊玉瑋

本發明公開了一種面向IoT應用的8比特AES電路，屬于保密或安全通信裝置的技術領域。該電路包括：并行處理sbox運算和移位操作以及列混合運算的數據處理模塊、并行處理sbox運算和字節循環移位操作以及異或運算的密鑰擴展模塊、控制模塊、密鑰加模塊，數據處理模塊和密鑰擴展模塊共用一個sbox核，采用寄存器到寄存器的方式實現移位操作，以較少的周期以及邏輯組合實現了高吞吐率的8比特AES電路。

技術領域

本發明公開了一種面向IoT應用的8比特AES電路，屬于保密或安全通信裝置的技術領域。

背景技術

隨著物聯網(IoT,Internet Of Things)和片上系統(SoC,System on Chip)的不斷發展以及先進的技術不斷采用，可穿戴設備也越來越多，同時，個人信息安全的問題也愈發重要，最近頻繁發生個人信息泄密的事情讓更多的企業意識到信息加密的重要。

物聯網芯片的通用架構由模擬，數字和RF組成，其中，在數字組成部分中，安全性是比較重要的一塊。物聯網的發展引起了人們對安全性的擔憂，同時，超低功耗密碼硬件加速器是現代SoC的重要組件，高級加密標準(AES,Advanced Encryption Standard)成為支持媒體內容保護、內存加密和網絡安全的安全基礎。

但是，根據目前IoT方面的應用要求，傳統128-bit datapath AES存在面積過大、功耗太大的問題，不符合現有IoT的要求。所以，提出面向IoT應用的AES電路實現能效優化-實現8-bit datapath AES，從而降低功耗和面積。

AES的一般流程如下，輸入的128位明文通過由4個子塊組成的AES回路電路迭代地處理，包括涉及諸如伽羅瓦域(GF,Galois Field)加法的操作，即，將明文數據與128位輪密鑰混合的操作；在SubBytes塊中的逆運算，也稱為Sbox；ShiftRows塊中的字節置換和列混合階段中的伽羅瓦域中的列混合，這些迭代循環操作重復10次，最終產生128位加密的密文。

傳統128-bit AES采用的是16字節的128位數據路徑，64個布線軌道用于ShiftRows置換，以實現單周期輪延遲和10周期的迭代。然而，這些并行運行導致了大的面積開銷和能量消耗，進而導致傳統128-bit AES不適合在受電池電量約束的移動和可穿戴系統中使用，同時，這些系統還具有能量和熱約束，這促使輕量、低成本的AES的出現。

傳統128-bit AES中，組合邏輯的功耗和面積占很大比重，分別為91.78％和77.39％，進一步分析可以發現組合邏輯中Sbox的功耗和面積占很大比重(一共有20個Sbox)，其中，Sbox功耗約占整體功耗的40％，面積約占整體面積的72％，具有很大的優化空間。

發明內容

本發明的發明目的是針對上述背景技術的不足，提供了一種面向IoT應用的8比特AES電路，設計了共用一個sbox的數據處理模塊和密鑰擴展模塊，數據處理模塊并行處理sbox運算、移位操作和列混合運算，密鑰擴展模塊并行處理sbox運算、字節循環移位操作、異或運算，以較少的周期以及邏輯組合實現了高吞吐率的8比特AES電路，解決了傳統128比特AES電路功耗面積大、傳統8比特AES電路加密運算周期長的技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種面向IoT應用的8比特AES電路，包括控制模塊、共用一個Sbox核的密鑰擴展模塊和數據處理模塊、密鑰加模塊；

密鑰擴展模塊并行處理數據的sbox運算、字節循環移位操作和異或運算以更新擴展密鑰；

數據處理模塊并行處理數據的sbox運算、移位操作和列混合運算以更新密文；

密鑰加模塊，根據更新的擴展密鑰及更新的密文生成輪密鑰；及，