[发明专利]一种提高特定单DES处理器计算3DES速度的方法

说明书

技术领域

本发明提出了一种提高特定单DES处理器计算3DES速度的方法，该设计方法适用于SOC 级大规模集成电路，以优化的方式，为SOC芯片提供规模小、性能高的计算3DES运算的DES 模块。

背景技术

当今的电信、身份识别、电子支付等领域，都对保密技术提出了很高要求，通常需要使 用加密、解密算法来对数据进行处理。常见的加解密算法有DES，3DES，AES，RSA等，具体 的解决办法是，在嵌入式芯片里以硬件、软件或软硬件结合的方式来实现这些算法。

单DES的密钥长度是64位，有效密钥是56位，有8位是奇偶校验位。随着计算机运算 速度的提高和网络分布式计算的实现，个人暴力破解单DES成为可能。而3DES的密钥长度是 192位，有效密钥是168位，攻击3DES需要的时间是破解单DES时间的2⁵⁶倍，所以在高级 安全应用中广泛使用3DES。

单DES加密已渐渐不能满足加密要求，3DES加密逐渐取代单DES加密。实现3DES加密一 般采用3DES处理器或软件加单DES处理器完成。使用3DES处理器会增加集成电路规模，而 软件加单DES处理器完成3DES运算时间较长。

发明内容

本发明针对上述问题提出一种特定单DES处理器计算3DES提高运算速度的方法，这种方 法针对将最后一轮迭代运算结果L16和R16进行置换，并采用数据读出方式进行迭代结果的 恢复与逆初始变换以及用数据写入方式进行初始置换的特定DES处理器，很好地解决了性能、 规模这两个问题。

3DES处理器和单DES处理器运算3DES的主要差别是：

1，3DES处理器的密钥已经存储在3DES处理器中；而单DES处理器需要在每次DES 运算前写入，但二者在密钥写入上花费时间相差不大。

2，3DES处理器的加解密数据只需在运算前写入一次；而特定单DES处理器计算3DES 时，第2次和第3次DES运算，需要将上次DES运算结果读出后再写入DES处理器。

由此可见，对特定单DES处理器计算3DES，速度低主要是因为3DES运算的中间结果 读出和写入引起的。

本方法旨在减少特定单DES处理器计算3DES的中间结果读出写入时间。以下具体说明：

在DES运算中，每次运算开始和结束都有数据的初始变换和逆初始变换，在特定单DES 处理器中初始变换、逆初始变换以及最后一轮迭代结果的恢复，同数据的写入和读出一同完 成，这也是特定单DES处理器需要每次将3DES运算的中间结果读出并写入的原因。

本方法是将特定单DES处理器计算3DES中间结果的迭代结果恢复、逆初始变换和初始 变换由硬件完成，不再需要将3DES的中间结果读出和写入，提高运算速度。硬件完成迭代 结果恢复和两次变换，只需将DES处理器最后一次迭代的结果(L16和R16)相应置换一下 即可。

附图说明

图中描述了涉及特定DES协处理器IP核结构示意图，其中3DES中间结果变换的执行结 果等效于首先将DES最后一轮迭代结果恢复，再运行逆初始变换，最后运行初始变换的结果。

具体实施方式

本方法旨在减少特定单DES处理器计算3DES的中间结果读出写入时间，实施的关键在 于，特定DES迭代运算结束后将运算结果变换成DES迭代运算输入要求的格式，以下是本设 计方法的一种具体实施方案：

在DES运算中，最后一轮迭代运算结果不需要进行置换，每次运算开始和结束都有数据 的初始变换和逆初始变换。在特定DES处理器中，为了简化硬件设计，对最后一轮迭代运算 结果进行了置换，因此在逆初始变换前需要将迭代运算的最后一轮结果进行恢复。在特定DES 处理器中初始变换与数据写入一同完成，迭代运算最后一轮结果的恢复与逆初始变换同数据 读出一同完成，这也是特定单DES处理器需要每次将3DES运算的中间结果读出并写入的原 因。

本方法是将特定单DES处理器计算3DES中间结果的迭代结果恢复、逆初始变换和初始 变换由硬件完成，不再需要将3DES的中间结果读出和写入，提高运算速度。

DES输入64位数据经初始变换，被分为L¹和R¹，各32位。特定DES迭代运算结束后 迭代结果为L¹16(32位数据)，R¹16(32位数据)，与标准DES迭代运算结果相比，特定DES 处理器对最后一次迭代结果多进行了一次置换。为进行3DES运算，先对L¹16和R¹16做迭 代结果恢复与逆初始变换，再将变换结果做初始变换得到结果L²和R²，作为下次特定DES 迭代运算的输入。因为逆初始变换和初始变换是互逆运算，因此对数据做逆初始变换后再做 初始变换相当于没有进行运算。这样一个流程的有效运算是将迭代结果恢复，即L¹16和R¹16 做置换。经分析可知，只需将L¹16和R¹16的数据互换，即可得到最终运算结果L²和R²。 L16和R16的数据互换由3DES中间结果变换模块实现。因此只增加极少的硬件开销，就可 以极大的节省运算时间。