[发明专利]AES解密电路中的复用轮变换运算单元和构建方法

说明书

本发明公开了一种AES解密电路中的复用轮变换运算单元，所述复用轮变换运算单元包括：依次连接的数据输入端口、第一合成矩阵乘法运算单元、二选一选择器、常数加运算单元、复合域乘法逆运算单元、第二合成矩阵乘法运算单元和数据输出端口，所述第二合成矩阵乘法运算单元上还连接有密钥输入端口，所述二选一选择器上还连接有选择信号输入端口。该复用轮变换运算单元克服现有技术中的AES解密轮变换电路结构的电路关键路径长，电路实现面积大，造成电路实现难度大的问题。

技术领域

本发明涉及密码电路实现技术领域，特别是涉及一种AES解密电路中的复用轮变换运算单元和构建方法。

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，输入的明文数据首先进行密钥加运算；然后经过N_r-1轮普通轮变换，在每个普通轮变换中按顺序进行字节替换、行移位、列混合和密钥加四个子运算；最后经过一轮末轮变换，末轮变换按顺序进行字节替换、行移位和密钥加三个子运算。AES解密流程是与加密过程相反的一个过程，如图2所示，输入的密文数据首先进行一轮首轮变换，首轮变换为加密流程中末轮变换的逆运算，包括密钥加、逆行移位、逆字节替换三个子运算；然后进行N_r-1轮普通轮变换，普通轮变换为加密流程中普通轮变换的逆运算，包括密钥加、逆列混合、逆行移位和逆字节替换；最后进行一个密钥加运算。逆列混合、逆行移位和逆字节替换分别为加密流程中列混合、行移位和字节替换的逆运算。

全展开结构和循环结构是AES密码电路实现的两种基本结构，附图3为这两种电路结构的示意图。如图3所示，在全展开结构AES密码电路中，需要N_r个轮变换单元依次对输入的明文数据进行处理。全展开结构AES密码电路通过采用流水线技术可以大大提高电路处理速度，因此适用于高速数据处理电路中。在循环结构AES密码电路中，只采用一个轮变换单元完成所有的AES加密运算，因此适用于电路面积受限的应用场合。如图1所示的轮变换运算中，由于末轮变换不需要列混合运算，因此，在循环结构AES密码电路，轮变换电路需要设计成可重构电路，同时支持普通轮变换运算功能和末轮变换运算功能。

在现有技术中的AES解密轮变换电路结构的电路关键路径长，电路实现面积大，造成电路实现难度大，

因此，提供一种通过常数矩阵的合并与合成运算，将AES密码算法中的所有线性变换运算组合成两个合成矩阵，即合成矩阵与合成矩阵从而缩短AES解密轮变换复用电路的关键路径，降低电路实现面积，并通过复用复合域乘法逆运算单元和第二合成矩阵乘法运算单元构建首轮变换/普通轮变换复用电路，从而在循环结构AES密码电路实现时节省大量电路资源的AES解密电路中的复用轮变换运算单元和构建方法是本发明亟需解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是克服现有技术中的AES解密轮变换电路结构的电路关键路径长，电路实现面积大，造成电路实现难度大的问题，从而提供一种通过常数矩阵的合并与合成运算，将AES密码算法中的所有线性变换运算组合成两个合成矩阵，即合成矩阵与合成矩阵从而缩短AES解密轮变换复用电路的关键路径，降低电路实现面积，并通过复用复合域乘法逆运算单元和第二合成矩阵乘法运算单元构建首轮变换/普通轮变换复用电路，从而在循环结构AES密码电路实现时节省大量电路资源的AES解密电路中的复用轮变换运算单元和构建方法。