[实用新型]一种低功耗SHA256算法中的消息扩展电路

说明书

本实用新型提供了一种低功耗SHA256算法中的消息扩展电路，属于数字集成电路技术领域。解决了SHA256电路中消息扩展电路功耗过高的问题。其技术方案为：一种低功耗SHA256算法中的消息扩展电路，所述消息扩展电路包括一组512bit的消息与移位复用寄存器M，四组三态门Gate1、Gate2、Gate3和Gate4，一组运算逻辑电路和一组6bit的比较器P1构成。本实用新型的有益效果为：本实用新型是利用比较器和三态门关断运算电路输入从而节省功耗，为达到节省功耗的目的。

技术领域

本实用新型涉及数字集成电路技术领域，尤其涉及一种低功耗SHA256算法中的消息扩展电路。

背景技术

安全散列算法SHA(Secure Hash Algorithm)是美国国家安全局(NSA)设计，美国国家标准与技术研究院(NIST)发布的一系列密码散列函数，包括SHA-1、SHA-224、SHA-256、SHA-384和SHA-512等变体。主要适用于数字签名标准(DigitalSignature Standard DSS)里面定义的数字签名算法(Digital Signature Algorithm DSA)。SHA算法的特点是很难从消息摘要中复原消息，两个不同的消息不会产生同样的消息摘要。

SHA的应用：文件校验、密码加密、工作量证明等。

SHA256是安全散列算法中较为常用的一种。SHA256对于长度小于2^64位的消息，SHA256会产生一个256位的消息摘要。

当今物联网发展迅速，越来越多对功耗敏感的终端加入到网络中，SHA算法的应用越来越广泛，传统的SHA算法是通过软件方式实现的，其缺点是运算速度慢，占用CPU，通过硬件电路实现SHA算法可以克服这些缺点，但硬件电路实现同样带来了严峻的功耗问题，在对功耗敏感的应用环境中，对硬件电路的功耗提出了较高的要求。

在区块链应用中核心算法是SHA256算法，其中较为突出的比特币网络，美国能源学术杂志《焦耳》刊登的一项新研究表明，到2018年年底，整个比特币网络的耗电水平可能占到全球总量的0.5％。而比特币网络中主要的耗电来自于SHA256运算，到2019年7月15日，整个比特币网络每秒运算13620.00P次SHA256运算，可见对SHA256运算进行低功耗设计的重要意义。

SHA256算法中，对扩展的消息Wt的产生的描述如下：

SHA256需要64轮运算，每一轮的运算参数W_t依次从W0-W63。

其中，W0-W15已经在消息M写入的时候有了，那么第1轮运算W16，第2轮运算W17，以此类推，在第48轮时，W63已经运算出来了，在第49轮到64轮中，公式②不再需要运算，但是实现公式②所需要的运算逻辑电路输入依然会翻转。产生了不必要的动态功耗。64轮中有16轮运算是无效的，多产生了接近33.3％的动态功耗。

在SHA256算法越来越普遍、越来越偏向于硬件实现的情况下，节省功耗的电路设计具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供了一种低功耗SHA256算法中的消息扩展电路，在SHA256算法的64轮迭代运算的49-64轮无效运算中，通过关断三态门Gate1-Gate4切断运算逻辑的输入，从而使得运算逻辑电路不产生逻辑翻转而引起的动态功耗，在64轮迭代运算中16轮不运算，节省了大约25％的动态功耗。

本实用新型是通过如下措施实现的：一种低功耗SHA256算法中的消息扩展电路，其中，所述消息扩展电路包括一组512bit的消息与移位复用寄存器M，四组三态门Gate1、Gate2、Gate3和Gate4，一组运算逻辑电路和一组6bit的比较器P1构成。