[發明專利]一種Poseidon Hash算法實現電路及其實現方法

有效

• 申請號: 202011607589.3
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112787799B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 俞萍初;呂家力
• 申請（專利權）人: 浙江螢火蟲區塊鏈科技有限公司
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種Poseidon Hash算法實現電路，其特征在于，包括輸入接口(2)、數據圓形跑道電路A(3)、數據圓形跑道電路B(4)、串并轉換電路(5)、并串轉換電路(6)、輸出接口(7)、標量加電路(1)，所述輸入接口(2)與數據圓形跑道電路A(3)相連，所述輸出接口(7)、串并轉換電路(5)、并串轉換電路(6)都與數據圓形跑道電路A(3)相連，所述串并轉換電路(5)通過數據圓形跑道電路B(4)與并串轉換電路(6)相連,所述數據圓形跑道電路A(3)為串行跑道，所述數據圓形跑道電路B(4)為并行跑道，所述輸入接口(2)經過標量加電路(1)與數據圓形跑道電路A(3)相連，所述數據圓形跑道電路A(3)包括切換開關MUXA(37)、標量冪運算電路A(31)、矩陣乘法電路A(32)、圈數判斷模塊A(33)、圈計數器電路A(34)、切換開關MUXC(35)、fifo存儲器A(36)，所述標量加電路(1)與切換開關MUXA(37)相連，所述切換開關MUXA(37)經過標量冪運算電路A(31)與矩陣乘法電路A(32)相連，后連接到圈數判斷模塊A(33)，所述輸出接口(7)、串并轉換電路(5)、圈計數器電路A(34)都與圈數判斷模塊A(33)相連，所述圈計數器電路A(34)、并串轉換電路(6)都與切換開關MUXC(35)相連，所述切換開關MUXC(35)通過fifo存儲器A(36)與切換開關MUXA(37)相連，所述數據圓形跑道電路B(4)包括切換開關MUXB(41)、標量冪運算電路B(42)、矩陣乘法電路B(43)、圈數判斷模塊B(44)、圈計數器計數電路B(45)、fifo存儲器B(46),所述串并轉換電路(5)與切換開關MUXB(41)相連，所述切換開關MUXB(41)通過標量冪運算電路B(42)與矩陣乘法電路B(43)相連，所述矩陣乘法電路B(43)、并串轉換電路(6)都與圈數判斷模塊B(44)相連，所述圈數判斷模塊B(44)通過圈計數器計數電路B(45)與fifo存儲器B(46)相連，所述fifo存儲器B(46)與切換開關MUXB(41)相連。

2.一種Poseidon Hash算法實現電路的實現方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：輸入接口(2)串行輸入單維數組A[n]；

步驟2：輸入接口(2)將單維數組A[n]傳送給標量加電路(1)，使得單維數組A[n]增加一個常量數據變成n+1個數據的數組A[n+1]，然后將數組A[n+1]中每個數據加上一個各自的常量，得到新的一維數組B[n+1]；

步驟3:標量加電路(1)將圈數A設定為1，標量加電路(1)將新的一維數組B[n+1]和圈數A傳送給數據圓形跑道電路A(3)，然后新的一維數組B[n+1]和圈數A在數據圓形跑道電路A(3)中跑4圈后得到新單維數組C[n+1]，然后串并轉換電路(5)從數據圓形跑道電路A(3)串行接收新單維數組C[n+1]，然后把新單維數組C[n+1]轉成(n+1)/2個數據并行的數組D[n+1]，并把并行的數組D[n+1]傳給數據圓形跑道電路B(4)；

步驟4:串并轉換電路(5)將圈數B設定為1，數據圓形跑道電路B(4)接收從串并轉換電路(5)傳過來的數組D[n+1]和圈數B，然后數組D[n+1]和圈數B在數據圓形跑道電路B(4)中跑57圈后，生成新數組G[n+1]，并把新數組G[n+1]傳給并串轉換電路(6)；

步驟5:并串轉換電路(6)從數據圓形跑道電路B(4)中并行接收新數組G[n+1]，并把新數組G[n+1]轉換成數組F[n+1]，并串轉換電路(6)將數組F[n+1]串行發送給數據圓形跑道電路A(3)；

步驟6:并串轉換電路(6)將圈數A設定為5，數據圓形跑道電路A(3)從并串轉換電路(6)接收數組F[n+1]和圈數A，然后數組F[n+1]和圈數A在數據圓形跑道電路A(3)再次跑4圈后生成新的數組E[n+1],取新的數組E[n+1]中第二個數據E2傳給輸出接口(7)進行輸出，數組E[n+1]中的其它數據丟棄；

所述新的一維數組B[n+1]和圈數A在數據圓形跑道電路A(3)中跑4圈的步驟如下:

步驟a：切換開關MUXA(37)接收新的一維數組B[n+1]和圈數A；

步驟b：切換開關MUXA(37)將新的一維數組B[n+1]和圈數A傳送給標量冪運算電路A(31)，標量冪運算電路A(31)對新的一維數組B[n+1]中的每個數據進行5次方運算，并再加上一個常數，生成新的數組Y[n+1]，即：Y_n+1＝B_n+1⁵+α，所述α為常數；

步驟c：標量冪運算電路A(31)將數組Y[n+1]和圈數A串行傳給矩陣乘法電路A(32)，然后矩陣乘法電路A(32)將數組Y[n+1]同常數二維矩陣M[n+1][n+1]相乘，生成新的一維數組Z[n+1]；

步驟d：矩陣乘法電路A(32)將數組Z[n+1]和圈數A傳送給圈數判斷模塊A(33)，然后圈數判斷模塊A(33)判斷圈數A是否為4，若圈數A為4，則圈數判斷模塊A(33)向串并轉換電路(5)輸出新單維數組C[n+1]，并退出，否則圈數判斷模塊A(33)將數組Z[n+1]和圈數A傳送給圈計數器電路A(34)，并且圈計數器電路A(34)將圈數A加1，然后圈計數器電路A(34)將數組Z[n+1]和圈數A傳送給切換開關MUXC(35)，然后切換開關MUXC(35)將數組Z[n+1]和圈數A通過fifo存儲器A(36)傳送給切換開關MUXA(37)，并將數組Z[n+1]設定為新的一圈的數組X[n+1]，然后轉到步驟a；

所述數組F[n+1]和圈數A在數據圓形跑道電路A(3)再次跑4圈的步驟如下:

步驟a：切換開關MUXA(37)接收數組F[n+1]和圈數A；

步驟b：切換開關MUXA(37)將數組F[n+1]和圈數A傳送給標量冪運算電路A(31)，標量冪運算電路A(31)對數組F[n+1]中的每個數據進行5次方運算，并再加上一個常數，生成新的數組W[n+1]，即：W_n+1＝F_n+1⁵+β，所述β為常數；

步驟c：標量冪運算電路A(31)將數組W[n+1]和圈數A串行傳給矩陣乘法電路A(32)，然后矩陣乘法電路A(32)將數組W[n+1]同常數二維矩陣M[n+1][n+1]相乘，生成新的一維數組K[n+1]；

步驟d：矩陣乘法電路A(32)將數組K[n+1]和圈數A傳送給圈數判斷模塊A(33)，然后圈數判斷模塊A(33)判斷圈數A是否為8，若圈數A為8，則圈數判斷模塊A(33)向輸出接口(7)輸出，并退出，否則圈數判斷模塊A(33)將數組K[n+1]和圈數A傳送給圈計數器電路A(34)，并且圈計數器電路A(34)將圈數A加1，然后圈計數器電路A(34)將數組K[n+1]和圈數A傳送給切換開關MUXC(35)，然后切換開關MUXC(35)將數組K[n+1]和圈數A通過fifo存儲器A(36)傳送給切換開關MUXA(37)，并將數組K[n+1]設定為新的一圈的數組F[n+1]，然后轉到步驟a；

所述數組D[n+1]在數據圓形跑道電路B(4)中跑57圈的流程如下：

步驟s1：切換開關MUXB(41)接收串并轉換電路(5)傳過來的數組D[n+1]和圈數B；

步驟s2：切換開關MUXB(41)將數組D[n+1]、圈數B發送給標量冪運算電路B(42)，然后標量冪運算電路B(42)對數組D[n+1]中的D[0]進行D[0]⁵+const計算，數組D[n+1]中其它數組數據不變，所述const為常數，從而得到新數組J[n+1]；

步驟s3：標量冪運算電路B(42)將新數組J[n+1]、圈數B發送給矩陣乘法電路B(43)，矩陣乘法電路B(43)將新數組J[n+1]乘上一個N[n+1][n+1]的二維矩陣，得到新數組H[n+1]，之后將新數組H[n+1]、圈數B進入圈數判斷模塊B(44)；

步驟s4：圈數判斷模塊B(44)判斷圈數B是否為57，若是，則圈數判斷模塊B(44)向并串轉換電路(6)輸出且退出，否則圈數判斷模塊B(44)向圈計數器計數電路B(45)發送數組H[n+1]，與此同時，圈計數器計數電路B(45)將圈數B加1；

步驟s5：圈計數器計數電路B(45)通過fifo存儲器B(46)向切換開關MUXB(41)發送數組H[n+1]和圈數B，并將數組H[n+1]設定新一圈的數組D[n+1]，轉到步驟s1。

3.根據權利要求2所述一種Poseidon Hash算法實現電路的實現方法，其特征在于，所述N[n+1][n+1]的二維矩陣的排列為

W₀ V₀ V₁ V₂ … V_n-3 V_n-2 V_n-1

W₁ 1 0 0 … 0 0 0

W₂ 0 1 0 … 0 0 0

…………………………

…………………………

…………………………

W_n-2 0 0 0 … 1 0 0

W_n-1 0 0 0 … 0 1 0

W_n 0 0 0 … 0 0 1，所述V₀、V₁、V₂…V_n-3、V_n-2、V_n-1都為常數，所述W₀、W_1、W₂…W_n-2、W_n-1、W_n都為常數。