一种AES加密单元、AES加密电路及加密方法.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CN108989018A(43)申请公布日2018.12.11(21)申请号201810597091.X(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郑群现刘宇畅王宸宇王维王广亮(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.H04L9/06(2006.01)H04L9/08(2006.01)权利要求书4页说明书15页附图3页(54)发明名称一种AES加密单元、AES加密电路及加密方法(57)摘要本发明适用于加密技术领域，提供了一种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，实现4个字节的AES加密运算，AES加密单元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，从而缩短出AES加密电路关键路径，同时减少电路实现面积。CN108989018ACN108989018A权利要求书1/4页1.一种AES加密单元，其特征在于，所述AES加密单元包括合成矩阵乘法运算单元1、合成矩阵乘法运算单元2、选择器、复合域乘法逆运算单元、合成矩阵乘法运算单元3、及常数加运算单元；合成矩阵乘法运算单元1的输入端与明文数据输入端及密钥输入端连接，输出端与选择器的一输入端连接；合成矩阵乘法运算单元2的输入端与密钥输入端及反馈数据输入端连接，两个输出端分别与选择器的另一输入端及密文数据输出端连接；选择器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3的输入端连接；合成矩阵乘法运算单元3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；T合成矩阵乘法运算单元1，将从明文数据输入端输入的数据向量Df＝[df0,df1,df2,df3]T及从密钥输入端输入的密钥向量Kv＝[k0,k1,k2,k3]组成的一组列向量Pv＝[df0,df1,df2,Tdf3,k0,k1,k2,k3]，将合成矩阵Δf与列向量Pv进行乘法运算，即Lf＝Δf×Pv，将乘法运算结T果Lf＝[lf0,lf1,lf2,lf3]输出到选择器，合成矩阵Δf的表达式如下：8其中，合成矩阵Δf由八个常数矩阵δ组合而成，常数矩阵δ为将GF(2)域上的元素映射到复合域上的映射矩阵；T合成矩阵乘法运算单元2，将从反馈数据输入端输入的数据向量Dn＝[dn0,dn1,dn2,dn3]TT和密钥向量Kv＝[k0,k1,k2,k3]组合成一个列向量Ov＝[dn0,dn1,dn2,dn3,k0,k1,k2,k3]，将合T成矩阵Δn与列向量Ov进行乘法运算，将运算结果Ln＝[ln0,ln1,ln2,ln3]及Cv＝[c0,c1,c2,c3T]分别输出到选择器和密文数据输出端其中，Ln和Cv分别为合成矩阵Δn与列向量Ov乘法运算结果的第一行至第四行、第五行至第八行组成的列向量，合成矩阵Δn的表达式表示如下：其中，合成矩阵Δn由γ3、γ2、γ1、δ、组合而成，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，即常数矩阵分别为GF88(2)域上乘常数×{03}16、×{02}16、×{01}16的矩阵形式，常数矩阵δ为将GF(2)域上的元素2CN108989018A权利要求书2/4页映射到复合域上的映射矩阵；选择器将两组数据Lf和Ln中选择一组送入复合域乘法逆运算单元中，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，对选择器输出的数据Lf或数据Ln中的每个字节进行复合域乘T法逆运算，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3，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3，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，并将运算结果Qv＝[q0,q1,q2,q3]输出到常数加运算单元,合成矩阵Λ的表达式表示如下：其中，合成矩阵Λ由四个常数矩阵λ组合而成，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T算，即Rv＝Qv+Ωv，运算结果Rv＝[r0,r1,r2,r3]通过反馈数