[发明专利]一种基于可重构计算的AES硬件实现方法及运行该方法的计算机设备与可读存储介质

说明书

本发明提出了一种基于可重构计算的AES硬件实现方法及运行该方法的计算机设备与可读存储介质，硬件实现方法具体包括如下步骤：步骤1、初始化；步骤2、调用密钥运算单元；步骤3、读取与传输数据源；步骤4、调用加/解密计算单元；步骤5、读取与传输结果数据；步骤6、判决。本发明的目的在于提高AES硬件实现算法的灵活性，根据配置信息的不同，对硬件架构进行重构，支持AES加解密算法的加解密模式、明文/密文CBC/EBC分组模式、密钥长度及加解密轮数、总明文/密文长度等参数灵活配置。该发明可以有效提高AES硬件实现的配置灵活性，同时，将行移位、列混淆和字节替代三个步骤进行合并，减小AES算法的关键路径，在保证加解密精度的同时提高硬件实现速度。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种基于可重构计算的AES硬件实现方法及运行该方法的计算机设备与可读存储介质。

背景技术

随着信息时代的到来，通信系统不断更迭，在信息技术为人们的经济文化生产生活带来极大便利的同时，人们对于信息安全的需求也与日俱增，网络安全性也成为了人们关注的重点。有效的数据加密、解密算法在保护信息安全中发挥着至关重要的作用。现代加解密算法主要包括对称加密算法（symmetrical encryptionalgorithm）和非对称加密算法（asymmetrical encryptionalgorithm）。其中，对称加密算法采用单密钥系统，接收方和发送方采用同一个密钥对信息进行加密和解密，也称为单密钥加密。其优点在于加解密速度快，效率高，运算量小且算法公开。

对称加密主要分为流加密和分组加密两类，分组加密将待加密的明文进行分组，对每组明文分别进行加密，每组明文和所得密文的长度相同。AES（Advanced EncryptionStandard）加密是目前公认的最安全的加密方式之一，是对称加密算法中最流行的方式。

AES算法中的主要步骤包括：密钥扩展及调度及对明文/密文进行的轮函数运算。轮函数运算包括：轮密钥加，字节替代，行移位，列混淆四种运算。称正在轮函数中进行运算的128bit数据为状态矩阵，轮密钥加通过对扩展完成的128bit轮密钥及128bit状态矩阵1按位异或，得到状态矩阵2；字节替代将状态矩阵2分为16*8bit的字节，依次在S盒中进行查找，输出16*8bit状态矩阵3；行移位对状态矩阵进行固定的移位操作，得到状态矩阵4;列混淆采用伽罗瓦域上的乘法实现状态矩阵4与固定矩阵相乘，输出状态矩阵5，一次轮函数运算结束。

目前，针对S盒的优化研究是提高AES算法效率的重要方向之一。A.Satoh提出采用复合域的方式实现S盒，该方案能极大程度的缩小电路面积，但其实现速度并不能满足一些需要高吞吐率的应用场景。

发明内容

发明目的：一个目的是提供一种基于可重构计算的AES硬件实现方法，以提高AES硬件实现算法的灵活性，实现AES加解密算法的加解密模式、明文/密文CBC/EBC分组模式、密钥长度及加解密轮数、总明文/密文长度等参数灵活配置。进一步目的是提供一种可运行上述方法的计算机设备以及可被该计算机设备读取的存储介质。

技术方案：一种基于可重构计算的AES硬件实现方法，包括如下步骤：

步骤1、初始化；

步骤2、调用密钥运算单元；

步骤3、读取与传输数据源；

步骤4、调用加/解密计算单元；

步骤5、读取与传输结果数据；

步骤6、判决。

在进一步的实施例中，所述步骤1进一步为：读取存储在缓存中的AES加解密配置信息，并将配置信息传输至AES加解密控制单元，包括AES分组模式CBC/EBC选择信息，密钥长度选择信息，加/解密模式选择信息，待运算明文/密文总长度信息；