[發(fā)明專利]一種Poseidon Hash算法實現(xiàn)電路及其實現(xiàn)方法

有效

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• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112787799B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 俞萍初;呂家力
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江螢火蟲區(qū)塊鏈科技有限公司
• 主分類號: H04L9/06
• 分類號: H04L9/06
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1.一種Poseidon Hash算法實現(xiàn)電路，其特征在于，包括輸入接口(2)、數(shù)據(jù)圓形跑道電路A(3)、數(shù)據(jù)圓形跑道電路B(4)、串并轉(zhuǎn)換電路(5)、并串轉(zhuǎn)換電路(6)、輸出接口(7)、標量加電路(1)，所述輸入接口(2)與數(shù)據(jù)圓形跑道電路A(3)相連，所述輸出接口(7)、串并轉(zhuǎn)換電路(5)、并串轉(zhuǎn)換電路(6)都與數(shù)據(jù)圓形跑道電路A(3)相連，所述串并轉(zhuǎn)換電路(5)通過數(shù)據(jù)圓形跑道電路B(4)與并串轉(zhuǎn)換電路(6)相連,所述數(shù)據(jù)圓形跑道電路A(3)為串行跑道，所述數(shù)據(jù)圓形跑道電路B(4)為并行跑道，所述輸入接口(2)經(jīng)過標量加電路(1)與數(shù)據(jù)圓形跑道電路A(3)相連，所述數(shù)據(jù)圓形跑道電路A(3)包括切換開關(guān)MUXA(37)、標量冪運算電路A(31)、矩陣乘法電路A(32)、圈數(shù)判斷模塊A(33)、圈計數(shù)器電路A(34)、切換開關(guān)MUXC(35)、fifo存儲器A(36)，所述標量加電路(1)與切換開關(guān)MUXA(37)相連，所述切換開關(guān)MUXA(37)經(jīng)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(shù)判斷模塊A(33)，所述輸出接口(7)、串并轉(zhuǎn)換電路(5)、圈計數(shù)器電路A(34)都與圈數(shù)判斷模塊A(33)相連，所述圈計數(shù)器電路A(34)、并串轉(zhuǎn)換電路(6)都與切換開關(guān)MUXC(35)相連，所述切換開關(guān)MUXC(35)通過fifo存儲器A(36)與切換開關(guān)MUXA(37)相連，所述數(shù)據(jù)圓形跑道電路B(4)包括切換開關(guān)MUXB(41)、標量冪運算電路B(42)、矩陣乘法電路B(43)、圈數(shù)判斷模塊B(44)、圈計數(shù)器計數(shù)電路B(45)、fifo存儲器B(46),所述串并轉(zhuǎn)換電路(5)與切換開關(guān)MUXB(41)相連，所述切換開關(guān)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(zhuǎn)換電路(6)都與圈數(shù)判斷模塊B(44)相連，所述圈數(shù)判斷模塊B(44)通過圈計數(shù)器計數(shù)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(guān)MUXB(41)相連。

2.一種Poseidon Hash算法實現(xiàn)電路的實現(xiàn)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(shù)組A[n]；

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

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

步驟4:串并轉(zhuǎn)換電路(5)將圈數(shù)B設(shè)定為1，數(shù)據(jù)圓形跑道電路B(4)接收從串并轉(zhuǎn)換電路(5)傳過來的數(shù)組D[n+1]和圈數(shù)B，然后數(shù)組D[n+1]和圈數(shù)B在數(shù)據(jù)圓形跑道電路B(4)中跑57圈后，生成新數(shù)組G[n+1]，并把新數(shù)組G[n+1]傳給并串轉(zhuǎn)換電路(6)；

步驟5:并串轉(zhuǎn)換電路(6)從數(shù)據(jù)圓形跑道電路B(4)中并行接收新數(shù)組G[n+1]，并把新數(shù)組G[n+1]轉(zhuǎn)換成數(shù)組F[n+1]，并串轉(zhuǎn)換電路(6)將數(shù)組F[n+1]串行發(fā)送給數(shù)據(jù)圓形跑道電路A(3)；

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

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

步驟a：切換開關(guān)MUXA(37)接收新的一維數(shù)組B[n+1]和圈數(shù)A；

步驟b：切換開關(guān)MUXA(37)將新的一維數(shù)組B[n+1]和圈數(shù)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(shù)組B[n+1]中的每個數(shù)據(jù)進行5次方運算，并再加上一個常數(shù)，生成新的數(shù)組Y[n+1]，即：Y_n+1＝B_n+1⁵+α，所述α為常數(shù)；

步驟c：標量冪運算電路A(31)將數(shù)組Y[n+1]和圈數(shù)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(shù)組Y[n+1]同常數(shù)二維矩陣M[n+1][n+1]相乘，生成新的一維數(shù)組Z[n+1]；

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

所述數(shù)組F[n+1]和圈數(shù)A在數(shù)據(jù)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(guān)MUXA(37)接收數(shù)組F[n+1]和圈數(shù)A；

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

步驟c：標量冪運算電路A(31)將數(shù)組W[n+1]和圈數(shù)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(shù)組W[n+1]同常數(shù)二維矩陣M[n+1][n+1]相乘，生成新的一維數(shù)組K[n+1]；

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

所述數(shù)組D[n+1]在數(shù)據(jù)圓形跑道電路B(4)中跑57圈的流程如下：

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

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

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

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

步驟s5：圈計數(shù)器計數(shù)電路B(45)通過fifo存儲器B(46)向切換開關(guān)MUXB(41)發(fā)送數(shù)組H[n+1]和圈數(shù)B，并將數(shù)組H[n+1]設(shè)定新一圈的數(shù)組D[n+1]，轉(zhuǎn)到步驟s1。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種Poseidon Hash算法實現(xiàn)電路的實現(xiàn)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(shù)，所述W₀、W_1、W₂…W_n-2、W_n-1、W_n都為常數(shù)。