[发明专利]DES加密电路和方法及其硬件电路实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及密码学领域，具体涉及DES加密方法及其硬件电路实现方法。

背景技术

数据加密标准(Data Encryption Standard，DES)是目前最广泛使用的加密算法，特别在金融领域，曾经是对称密码体制事实上的世界标准。目前在国内，随着三金工程尤其是金卡工程的启动，DES算法在POS、ATM、智能卡(IC卡)、加油站、高速公路收费站等领域被广泛应用，从而实现了关键数据的保密。

目前的穷举搜索攻击使DES的安全性受到很大的威胁，然而这只是由于DES算法的密钥过短造成，并不是DES算法本身存在重大的缺陷。只要增加密钥的长度，由DES算法实现的加密电路仍然是安全的。如果更换新的密码算法，必然要淘汰许多旧设备，造成巨大的浪费。因此，在保留原有设备基础上，采用密钥更长、安全性更高的DES加密改良电路，必然有很大的产业化空间和应用前景。

目前，DES硬件实现的加密电路，或者由于片面追求面积最小化而使用多级循环技术，导致需要多个直至16个时钟周期才能完成明文加密或密文解密；或者由于片面追求速度而采用多级直至16级流水线技术，从而导致硬件电路面积过大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺点和不足，提供一种DES加密方法，本发明提出的DES加密方法，通过两级循环及二级流水线结构，使加密电路面积与速度获得最优化，比目前其他DES硬件加密电路，更适合在普通加密场合上的产业化应用。

本发明的另一目的在于提供上述DES加密方法的硬件电路实现方法。

本发明目的通过下述技术方案实现：DES加密电路包括：

用于实现整个DES加密电路的状态控制、状态译码、模式选择等功能并控制密钥模块、运算模块的主控制模块；

用于接收来自外部电路的初始密钥，产生加密或者解密时所需要的子密钥并将子密钥向运算模块传输的密钥模块；

用于接收来自外部电路的明文或者密文数据，利用密钥模块产生的子密钥对数据进行初始置换、循环迭代、逆初始循环，产生最终的密文或者明文的运算模块；

其中，所述密钥模块、运算模块、主控制模块两两信号连接。

上述DES加密电路的加密方法，包括下述步骤：

a、主控模块设置DES加密电路的工作模式，DES加密电路有四种工作模式，分别是3DES加密工作模式、3DES解密工作模式、DES加密工作模式、DES解密工作模式；

b、输入初始信号，要求DES加密电路的密钥模块开始接收密钥，DES加密电路开始工作，主控模块激活；

c、输入初始脉冲信号后，每个周期密钥模块接收8位的初始密钥数据，连续输入8次，共64位，表示初始密钥K1；如果DES加密电路处于DES加密模式或DES解密模式，则只输入64位密钥；若DES加密电路处于3DES加密工作模式或3DES解密工作模式，则连续24次输入8位的初始密钥数据，即K2和K3。密钥模块根据输入的初始密钥数据产生子密钥；

d、从初始信号脉冲出现后的第三个工作周期开始，连续8次输入8位的明文数据或密文数据到运算模块，运算模块接收明文数据或密文数据，最后得到共64位的明文数据或密文数据；

e、运算模块接收来自密钥模块的子密钥，对明文数据进行DES运算或对密文数据进行DES解密运算；

f、若干个工作周期运算完毕后，运算模块在8个周期内的每个周期输出8位数据即共输出64位加密或的密文数据或解密运算后的明文数据。上述DES加密电路的硬件电路实现方法，包括下述步骤：

h、用移位寄存器实现初始置换和逆初始置换，接收与初始置换逻辑单元在接收明文数据或密文数据的同时进行初始置换，逆初始置换与发送逻辑单元在逆初始置换的同时发送加密后的密文数据或解密后的明文数据；

i、采用两次循环结构展开与二级流水线相结合的循环结构；

j、在循环结构中的扩展/置换和P置换采用连线的方式设计；

k、S盒设计为ROM的形式。

上述硬件电路实现方法中，步骤i所述采用两次循环结构展开与二级流水线相结合的循环结构具体为：使DES加解密经过输入初始脉冲信号到连续输入8次8位的密钥数据共9个周期，使3DES加解密经过输入初始脉冲信号到连续输入24次8位的密钥数据共25个周期。