[发明专利]一种基于面积与性能平衡优化的KLEIN加密实现方法

摘要

本发明公开了一种基于面积与性能平衡优化的KLEIN加密实现方法，包括S盒优化以及两子模块共用S盒，构造一个Tab盒进行快速查表，密钥扩展轮常量i为自加方式，对轮密钥加、字节替换、行移位、列混合、密钥扩展基本子模块都封装整合到一个模块，算法赋值过程采用连续赋值assign语句实现，时钟信号控制计数器更新。再利用Verilog HDL硬件描述语言并行执行特点及各子模块整合到一个模块的方式，采用全局同步时钟脉冲触发，充分利用器件本身的触发器与布线资源。本发明方法可以有效的节省KLEIN加密算法实现时所需占用的面积资源，提高加密速度，使KLEIN加密算法在较少硬件面积实现同时保持高性能。

主权项

一种基于面积与性能平衡优化的KLEIN加密实现方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤1：将待加密数据加载至寄存器；步骤2：将所述待加密数据输出进行n轮运算操作；1）将待加密数据与密钥进行异或操作，同时对密钥进行扩展，获得扩展密钥；2）对将待加密数据与密钥进行异或运算得到的运算结果采用S盒进行字节替换运算；3）对采用S盒进行字节替换运算得到的运算结果进行左移2个字节的行移位变换运算；4）对行移位变换运算得到的运算结果进行列混合变换运算；5）对列混合变换运算得到的运算结果和1）得到的扩展密钥进行异或运算，得到的运算结果作为下一轮的待加密数据，如果到达第n轮运算，则进入步骤3，否则返回1）；步骤3：将步骤2中所述5）最后得到的运算结果输出，完成加密操作；对密钥进行扩展是基于Feistel结构扩展完成；将密钥分为左右长度相等的两部分，对左半部分密钥及右半部分密钥进行移位、异或及S盒查表运算，其中移位运算为向左移位一个字节；所述轮运算操作2）中S盒字节替换运算通过采用先用寄存器保存S盒数据，然后直接到寄存器内取值；所述轮运算操作4）中列混合变换操作是通过构建Tab盒，将有限域的矩阵乘法转化为查Tab盒操作运算；将行移位变换运算操作后得到的数据依次按照每个字节进行列存储的方式存储到4行2列的矩阵B中，矩阵元素为bk,j，其中，k和j均为整数，0≤k≤3，0≤j≤1，将bk,j的高4位赋值给x，将bk,j的低4位赋值给y；所述Tab盒是指将数据0‑255分别乘以2得到的数据依次存储至16*16的表格中，表格的行标x和列标y依次为0～F；将固定矩阵A与矩阵B相乘的运算结果按照以下公式获得行列混合变换运算的操作结果矩阵： dout 0 dout 4 dout 1 dout 5 dout 2 dout 6 dout 3 dout 7 , 其中，固定矩阵A为 02 03 01 01 01 02 03 01 01 01 02 03 03 01 01 02 dout0=f(b0，0)⊕f(b1，0)⊕b1，0⊕b2，0⊕b3，0，dout1=f(b1，0)⊕f(b2，0)⊕b0，0⊕b2，0⊕b3，0，dout2=f(b2，0)⊕f(b3，0)⊕b0，0⊕b1，0⊕b3，0，dout3=f(b0，0)⊕f(b3，0)⊕b0，0⊕b1，0⊕b2，0，dout4=f(b0，1)⊕f(b1，1)⊕b1，1⊕b2，1⊕b3，1，dout5=f(b1，1)⊕f(b2，1)⊕b0，1⊕b2，1⊕b3，1，dout6=f(b2，1)⊕f(b3，1)⊕b0，1⊕b1，1⊕b3，1，dout7=f(b0，1)⊕f(b3，1)⊕b0，1⊕b1，1⊕b2，1，其中，依据bk,j=(xy)16直接寻找Tab盒中行标为x、列标为y的值赋给f(bk,j)。