普通轮变换运算单元、普通轮变换电路及其AES加密电路.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109033894A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201810597071.2(22)申请日2018.06.11(71)申请人安徽工程大学地址241000安徽省芜湖市鸠江区北京中路8号(72)发明人张肖强王广亮郑辛星魏利胜王维刘宇畅王宸宇(74)专利代理机构芜湖安汇知识产权代理有限公司34107代理人马荣(51)Int.Cl.G06F21/72(2013.01)G06F7/72(2006.01)权利要求书2页说明书12页附图3页(54)发明名称普通轮变换运算单元、普通轮变换电路及其AES加密电路(57)摘要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、普通轮变换电路及其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，将普通轮变换中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的实现面积。CN109033894ACN109033894A权利要求书1/2页1.一种普通轮变换运算单元，其特征在于，所述普通轮变换运算单元包括：依次连接的合成矩阵乘法运算单元1、复合域乘法逆运算单元、合成矩阵乘法运算单元2、及常数加运算单元，合成矩阵乘法运算单元1的输入端与数据输入端及密钥输入端连接，常数加运算单元的输出端与数据输出端连接，其中，T合成矩阵乘法运算单元1，将从数据输入端口输入的列向量Dv＝[d0,d1,d2,d3,]及从密T钥输入端输入的密钥向量Kv＝[k0,k1,k2,k3]组合成一个列向量Pv＝[d0,d1,d2,d3,k0,k1,k2,TTk3]，并将合成矩阵Δ与列向量Pv进行乘法运算，将乘法运算结果Lv＝[l0,l1,l2,l3]输出到复合域乘法逆运算单元，其中，合成矩阵Δ的表达式如下所示：合成矩阵Δ由八个常数矩阵δ组合而成，其中，常数矩阵δ为将GF(28)域上的元素映射到复合域的映射矩阵；T复合域乘法逆运算单元，将列向量Lv＝[l0,l1,l2,l3]中的每个字节进行复合域乘法逆T运算，将复合域乘法逆运算结果Iv＝[i0,i1,i2,i3]输出到合成矩阵乘法运算单元2，所述复合域为任意与GF(28)域同构的复合域；T合成矩阵乘法运算单元2，将合成矩阵Λ与数据向量Iv＝[i0,i1,i2,i3]进行乘法运算，T即Qv＝Λ×Iv，将乘法运算结果Qv＝[q0,q1,q2,q3]输出到常数加运算单元，其中，合成矩阵Λ的具体公式表达如下：Λ由常数矩阵λ3、λ2、λ1组合而成，其中，常数矩阵λ3为常数矩阵常数矩阵τ和常数矩阵δ′的乘积，即常数矩阵λ2为常数矩阵常数矩阵τ和常数矩阵δ′的乘积，即常数矩阵λ1为常数矩阵常数矩阵τ和常数矩阵δ′的乘积，即8常数矩阵分别为GF(2)域上乘常数×{03}16、×{02}16、×{01}16的矩阵形式；常数矩阵τ为AESS盒中仿射运算所指定的常数矩阵；常数矩阵δ′为将复合域上的元素映射到GF(28)域的映射矩阵；TT常数加运算单元将向量Qv＝[q0,q1,q2,q3]与常数向量Ωv＝[ω,ω,ω,ω]相加运算，T将相加运算结果Rv＝[r0,r1,r2,r3]输出到数据输出端，其中，常数ω为AESS盒中仿射运算所指定的字节常数；合成矩阵乘法运算单元1、复合域乘法逆运算单元、合成矩阵乘法运算单元2、常数加运算单元、密钥输入端、及数据输入端的数据位宽均为4个字节。2.一种普通轮变换电路，其特征在于，所述普通轮变换电路由4×(Nr-1)个如权利要求1所述的普通轮变换运算单元组成，2CN109033894A权利要求书2/2页其中，每4个所述普通轮变换运算单元并联组成一个用于完成一次普通轮变换运算的普通轮变换模块，(Nr-1)个普通轮变换模块串联组成普通轮变换电路。3.一种普通轮变换电路，其特征在于，所述普通轮变换电路包括：一个如权利要求1所述普通轮变换运算单元、及用于循环4×(Nr-1)次所述普通轮变换运算单元的循环反馈电路；其中，循环反馈电路由选择器、寄存器1及寄存器2组成，寄存器1输入端与选择器的输出端连接，输出端与寄存器2的输入端相连接，寄存器2的输出端与普通轮变换运算单元的数据输入端口连接，选择器的一输入端与普通轮变换运算单元的数据输出端口连接，另一输入端与明文数据输入端口连接，普通轮变换运算单元的输出端还与末轮变换电路的输入端连接；所述寄存器1及所述寄存器2的数据位宽均为16字节。4.一种普通轮变换电路，其特征在于，所述普通轮变电路包括：由两个如权利要求1所述普通轮变换运算单元并联组成的普通轮变换模块，及循环反馈电路，所述循环反馈电路用于对普通轮变换模块进行2(Nr-1)次循环；其中