基于合成矩阵的AES加密单元、AES加密电路及其加密方法.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CN109033893A(43)申请公布日2018.12.18(21)申请号201810596810.6(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)发明人张肖强郑辛星辛建芳王宸宇刘宇畅王广亮王维(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4页说明书15页附图3页(54)发明名称基于合成矩阵的AES加密单元、AES加密电路及其加密方法(57)摘要本发明适用于加密技术领域，提供了一种基于合成矩阵的AES加密单元、AES加密电路及加密方法，本发明提出AES加密单元，用于实现4个字节的AES加密，通过常数矩阵的合并与合成运算，将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，从而缩短实现AES加密电路关键路径，同时减少AES加密电路实现面积。CN109033893ACN109033893A权利要求书1/4页1.一种基于合成矩阵的AES加密单元，其特征在于，所述AES加密单元包括：选择器S1、合成矩阵乘法运算单元1、选择器S2、复合域乘法逆运算单元、合成矩阵乘法运算单元2、以及常数加运算单元，其中，选择器S1的一输入端与明文数据输入端连接，另一输入端与反馈数据输入端连接，输出端与合成矩阵乘法运算单元1的输入端连接，合成矩阵乘法运算单元1的输入端还与密钥输入端连接，合成矩阵乘法运算单元1设有三个输出端，其中两个输出端分别与选择器S2的两输入端连接，另一输出端与密文数据输出端连接，选择器S2的输出端与复合域乘法逆运算单元的输入端连接，复合域乘法逆运算单元的输出端与合成矩阵乘法运算单元2的输入端连接，合成矩阵乘法运算单元2的输出端与常数加运算单元的输入端连接，常数加运算单元的输出端与反馈数据输出端连接；选择器S1从明文数据输入端输入的数据Df和从反馈数据输入端输入的数据Dn中选择一组送入合成矩阵乘法运算单元1，当进行首轮变换运算时，将数据Df送入合成矩阵乘法运算单元1中，当进行普通轮变换运算及末轮变换运算时，将数据Dn送入合成矩阵乘法运算单元1；T合成矩阵乘法运算单元1，将数据向量Dv＝[d0,d1,d2,d3]和密钥输入端输入的密钥向TT量Kv＝[k0,k1,k2,k3]组合成一个列向量Pv＝[d0,d1,d2,d3,k0,k1,k2,k3]，将合成矩阵Δ与列向量Pv进行乘法运算，运算结果Lf、Ln、及Cv分别是指合成矩阵Δ与列向量Pv乘法运算结果的第一行至第四行、第五行至第八行、第九行至第十二行组成的列向量，在进行首轮变换运T算及普通轮变换运算时，将数据向量Lf＝[lf0,lf1,lf2,lf3]和数据向量Ln＝[ln0,ln1,ln2,TTln3]输出到选择器S2，在进行末轮变换运算时，将数据向量Cv＝[c0,c1,c2,c3]从密文数据输出端输出，同时将运算次数计数置零，其中，合成矩阵Δ由常数矩阵γ3、γ2、γ1、δ、组合而成，合成矩阵Δ的表达式如下：其中，常数矩阵γ3为常数矩阵δ和常数矩阵的乘积，即常数矩阵γ2为常数矩阵δ和常数矩阵的乘积，即常数矩阵γ1为常数矩阵δ和常数矩阵的乘积，8即常数矩阵分别为GF(2)域上乘常数×{03}16、×{02}16、×{01}16的2CN109033893A权利要求书2/4页矩阵形式，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；选择器S2从两组数据Lf和Ln中选择一组送入复合域乘法逆运算单元，当进行首轮变换运算时，将数据Lf送入复合域乘法逆运算单元中，当进行普通轮变换运算时，将数据Ln送入复合域乘法逆运算单元中；复合域乘法逆运算单元将选择器S2输入的数据Lf或Ln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；合成矩阵乘法运算单元2将合成矩阵Λ与数据向量Iv进行乘法运算，将运算结果Qv＝T[q0,q1,q2,q3]输出到常数加运算单元，其中，合成矩阵Λ由四个常数矩阵λ组合而成，合成矩阵Λ的表达式如下：其中，常数矩阵λ为常数矩阵τ和常数矩阵δ′的乘积，即λ＝τ×δ′，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)域上的映射矩阵；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]通过反馈数据输出端口反馈至反馈数据输入端，其中，常数ω为A