[发明专利]普通轮变换运算单元、普通轮变换电路及AES加密电路

说明书

本发明适用于加密技术领域，提供了一种普通轮变换运算单元、普通轮变换电路及AES加密电路，本发明提出的用于AES加密的普通轮变换运算单元通过常数矩阵的合并与合成运算，将普通轮变换运算的所有线性变换运算组合成两个合成矩阵，合成矩阵Δ与合成矩阵Λ，从而缩短普通轮变换电路关键路径，同时减少普通轮变换电路实现面积。

技术领域

本发明属于加密技术领域，提供了一种普通轮变换运算单元、普通轮变换电路及AES加密电路。

背景技术

AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)是由美国国家标准与技术研究院2001年制定的新一代分组对称密码算法，用于取代原来的DES(Data EncryptionStandard，数据加密标准)。

目前，AES密码算法已经被多个国际标准组织所采用，是目前使用最广泛的分组密码算法，AES密码算法的数据分组长度为128比特，密钥长度有128，192和256比特三种，分别称为AES-128，AES-192，AES-256，AES算法是一个迭代算法，每一个迭代可以称为轮变换，密钥长度不同，轮变换数量也不同，AES-128，AES-192，AES-256的轮变换数量Nr分别为10，12，14。

AES加密流程如附图1所示，输入的明文数据依次进行首轮变换、Nr-1轮普通轮变换、及末轮变换，普通轮变换运算是AES加密流程中的主要运算，每一次普通轮变换都要依次进行字节替换、行移位、列混合和密钥加四个运算，四个运算对应的四个运算单元依次单独运算，基于四个运算单元单独运算的普通轮变换电路不仅浪费电路资源，且关键路径较长，因此，通过合成矩阵将相邻的几个运算单元合并成一个运算单元进行实现。

T盒实现方式是目前普通轮变换电路实现中最常用的运算单元合并实现方式，T盒实现通过预计算方式将S盒、行移位和列混合等运算的运算结果预存一个存储运算单元中，以查询表的方式实现S盒、行移位和列混合合并运算功能。T盒实现减少了整个轮变换电路的关键路径，因此T盒实现方式主要应用在高速AES电路设计中，T盒实现方式虽然可以加快数据处理速度，但也大大增加了电路面积，如Rach等人将基于复合域S盒/逆S盒中最后一级GF(2⁴)乘法器、映射矩阵/逆映射运算、仿射/逆仿射运算、列混合/逆列混合运算和密钥加运算等五个运算合并成一个运算单元，合并运算单元缩短了电路关键路径，但同时也大大增加了电路面积，在已有的公开文献中，所提出的运算单元合并都均是以增加电路面积为代价对关键路径长度进行优化。

发明内容

本发明实施例提供一种AES加密的普通轮变换电路，旨在解决了现有普通轮变换电路的运算单元合并均是以增加电路面积为代价来对关键路径长度进行优化的问题。

本发明是这样实现的，一种普通轮变换运算单元，用于AES加密，该普通轮变换运算单元包括：

输入端与数据输入端口连接的合成矩阵乘法运算单元1；输入端与合成矩阵乘法运算单元1输出端连接的复合域乘法逆运算单元；输入端与复合域乘法逆运算单元输出端、密钥输入端口连接的合成矩阵乘法运算单元2；输入端与合成矩阵乘法运算单元2输出端连接的常数加运算单元，常数加运算单元输出端与数据输出端口相连接，其中，

合成矩阵乘法运算单元1，从数据输入端口输入四个字节的列向量D_v＝[d₀,d₁,d₂,d₃]^T，将合成矩阵Δ与列向量D_v进行乘法运算，将乘法运算后的矩阵L_v＝[l₀,l₁,l₂,l₃]^T输出到复合域乘法逆运算单元，其中，合成矩阵Δ的表达式如下：