[發(fā)明專利]AES解密電路中的復(fù)用輪變換運算單元和構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910074198.0
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109936440B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭辛星;張肖強;劉浩東;楊順
• 申請（專利權(quán)）人: 蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06
• 代理公司: 北京潤平知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 張苗

本發(fā)明公開了一種AES解密電路中的復(fù)用輪變換運算單元，所述復(fù)用輪變換運算單元包括：依次連接的數(shù)據(jù)輸入端口、第一合成矩陣乘法運算單元、二選一選擇器、常數(shù)加運算單元、復(fù)合域乘法逆運算單元、第二合成矩陣乘法運算單元和數(shù)據(jù)輸出端口，所述第二合成矩陣乘法運算單元上還連接有密鑰輸入端口，所述二選一選擇器上還連接有選擇信號輸入端口。該復(fù)用輪變換運算單元克服現(xiàn)有技術(shù)中的AES解密輪變換電路結(jié)構(gòu)的電路關(guān)鍵路徑長，電路實現(xiàn)面積大，造成電路實現(xiàn)難度大的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及密碼電路實現(xiàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種AES解密電路中的復(fù)用輪變換運算單元和構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

AES(Advanced Encryption Standard，高級加密標(biāo)準(zhǔn))是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院2001年制定的新一代分組對稱密碼算法，用于取代原來的DES(Data EncryptionStandard，數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn))。目前，AES密碼算法已經(jīng)被多個國際標(biāo)準(zhǔn)組織所采用，是目前使用最廣泛的分組密碼算法。

AES密碼算法的數(shù)據(jù)分組長度為128比特，密鑰長度有128，192和256比特三種，分別稱為AES-128，AES-192，AES-256。AES算法是一個迭代算法，每一個迭代可以稱為輪變換，密鑰長度不同，輪變換數(shù)量也不同，AES-128，AES-192，AES-256的輪變換數(shù)量Nr分別為10，12，14。AES加密流程如附圖1所示，輸入的明文數(shù)據(jù)首先進行密鑰加運算；然后經(jīng)過N_r-1輪普通輪變換，在每個普通輪變換中按順序進行字節(jié)替換、行移位、列混合和密鑰加四個子運算；最后經(jīng)過一輪末輪變換，末輪變換按順序進行字節(jié)替換、行移位和密鑰加三個子運算。AES解密流程是與加密過程相反的一個過程，如圖2所示，輸入的密文數(shù)據(jù)首先進行一輪首輪變換，首輪變換為加密流程中末輪變換的逆運算，包括密鑰加、逆行移位、逆字節(jié)替換三個子運算；然后進行N_r-1輪普通輪變換，普通輪變換為加密流程中普通輪變換的逆運算，包括密鑰加、逆列混合、逆行移位和逆字節(jié)替換；最后進行一個密鑰加運算。逆列混合、逆行移位和逆字節(jié)替換分別為加密流程中列混合、行移位和字節(jié)替換的逆運算。

全展開結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)是AES密碼電路實現(xiàn)的兩種基本結(jié)構(gòu)，附圖3為這兩種電路結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖3所示，在全展開結(jié)構(gòu)AES密碼電路中，需要N_r個輪變換單元依次對輸入的明文數(shù)據(jù)進行處理。全展開結(jié)構(gòu)AES密碼電路通過采用流水線技術(shù)可以大大提高電路處理速度，因此適用于高速數(shù)據(jù)處理電路中。在循環(huán)結(jié)構(gòu)AES密碼電路中，只采用一個輪變換單元完成所有的AES加密運算，因此適用于電路面積受限的應(yīng)用場合。如圖1所示的輪變換運算中，由于末輪變換不需要列混合運算，因此，在循環(huán)結(jié)構(gòu)AES密碼電路，輪變換電路需要設(shè)計成可重構(gòu)電路，同時支持普通輪變換運算功能和末輪變換運算功能。

在現(xiàn)有技術(shù)中的AES解密輪變換電路結(jié)構(gòu)的電路關(guān)鍵路徑長，電路實現(xiàn)面積大，造成電路實現(xiàn)難度大，

因此，提供一種通過常數(shù)矩陣的合并與合成運算，將AES密碼算法中的所有線性變換運算組合成兩個合成矩陣，即合成矩陣與合成矩陣從而縮短AES解密輪變換復(fù)用電路的關(guān)鍵路徑，降低電路實現(xiàn)面積，并通過復(fù)用復(fù)合域乘法逆運算單元和第二合成矩陣乘法運算單元構(gòu)建首輪變換/普通輪變換復(fù)用電路，從而在循環(huán)結(jié)構(gòu)AES密碼電路實現(xiàn)時節(jié)省大量電路資源的AES解密電路中的復(fù)用輪變換運算單元和構(gòu)建方法是本發(fā)明亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的AES解密輪變換電路結(jié)構(gòu)的電路關(guān)鍵路徑長，電路實現(xiàn)面積大，造成電路實現(xiàn)難度大的問題，從而提供一種通過常數(shù)矩陣的合并與合成運算，將AES密碼算法中的所有線性變換運算組合成兩個合成矩陣，即合成矩陣與合成矩陣從而縮短AES解密輪變換復(fù)用電路的關(guān)鍵路徑，降低電路實現(xiàn)面積，并通過復(fù)用復(fù)合域乘法逆運算單元和第二合成矩陣乘法運算單元構(gòu)建首輪變換/普通輪變換復(fù)用電路，從而在循環(huán)結(jié)構(gòu)AES密碼電路實現(xiàn)時節(jié)省大量電路資源的AES解密電路中的復(fù)用輪變換運算單元和構(gòu)建方法。