复用轮变换电路、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CN108566271A(43)申请公布日2018.09.21(21)申请号201810596272.0(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维刘宇畅王宸宇王广亮(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)权利要求书3页说明书13页附图2页(54)发明名称复用轮变换电路、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，提供了一种轮变换复用电路、AES加密电路及加密方法，本发明提出的复用轮变换电路通过常数矩阵的合并与合成运算，将AES密码算法中的所有线性变换运算组合成两个合成矩阵，合成矩阵Δ及合成矩阵Λ，从而缩短基于复用轮变换电路构成的AES加密电路的关键路径，降低AES加密电路的实现面积，且通过复用合成矩阵乘法运算单元1和复合域乘法逆运算单元来实现普通轮变换及末复用轮变换，从而节省大量电路资源。CN108566271ACN108566271A权利要求书1/3页1.一种用于AES加密的复用轮变换电路，所述复用轮变换电路用于普通轮变换运算及末轮变换运算，其特征在于，所述复用轮变换电路包括：输入端与数据输入端口连接的合成矩阵乘法运算单元1；输入端与合成矩阵乘法运算单元1输出端连接的复合域乘法逆运算单元；输入端与复合域乘法逆运算单元输出端、及密钥输入端口连接的合成矩阵乘法运算单元2；输入端与合成矩阵乘法运算单元2的两输出端连接的常数加运算单元1及常数加运算单元2，常数加运算单元1输出端及常数加运算单元2输出端分别与反馈数据输出端口及密文数据输出端口相连接，其中，T合成矩阵乘法运算单元1，将合成矩阵Δ与列向量Dv＝[d0,d1,d2,d3]进行乘法运算，将T乘法运算后的矩阵Lv＝[l0,l1,l2,l3]输入复合域乘法逆运算单元，Dv为从复用轮变换电路输入端输入的列向量，合成矩阵Δ由四个常数矩阵δ组合而成，常数矩阵δ为将GF(28)域上的元素映射到复合域上的映射矩阵，其中，合成矩阵Δ的表达式如下：T复合域乘法逆运算单元，将矩阵Lv＝[l0,l1,l2,l3]中的每个字节进行复合域乘法逆运8T算，复合域为任意与GF(2)域同构的复合域，并将运算后的矩阵Iv＝[i0,i1,i2,i3]输出到合成矩阵乘法运算单元2；T合成矩阵乘法运算单元2，将数据矩阵Iv＝[i0,i1,i2,i3]和密钥向量Kv＝[k0,k1,k2,k3TT]组合成一个列向量pv＝[i0,i1,i2,i3,k1,k2,k3,k4]，并将合成矩阵Λ与列向量pv进行乘法TT运算，将乘法运算后的矩阵Qn＝[qn0,qn1,qn2,qn3,]和矩阵Ql＝[ql0,ql1,ql2,ql3,]分别输出到常数加运算单元1及常数加运算单元2，合成矩阵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，即常数矩阵分别为8GF(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)域上的映射矩阵，其中，合成矩阵Λ表达式如下：TT常数加运算单元1，将向量Qn＝[qn0,qn1,qn2,qn3,]与常数向量Ωv＝[ω,ω,ω,ω]相2CN108566271A权利要求书2/3页T加运算，相加运算后的矩阵Rn＝[rn0,rn1,rn2,rn3,]从反馈数据输出端口输出，其中，Qn为合成矩阵Λ与列向量pv乘法运算所得列向量的前四行，常数ω为AESS盒中仿射运算所指定的字节常数；TT常数加运算单元2，将向量Ql＝[ql0,ql1,ql2,ql3,]与常数向量Ωv＝[ω,ω,ω,ω]相T加运算，相加运算后的矩阵Rl＝[rl0,rl1,rl2,rl3,]从密文数据输出端口输出，其中，Ql为合成矩阵Λ与列向量pv乘法运算所得列向量的后四行，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1、常数加运算单元2的数据输入端及数据输出端的数据位宽均为4个字节，密钥输入端口的数据位宽都为四个字节。2.一种AES加密电路，其特征在于，所述AES加密电路包括：首轮变换电路，一个如权利要求1所述的复用轮变换电路，及用于循环4Nr次所述复用轮变换电路的循环反馈电路，其中，所述循环反馈电路由选择器、寄存器1及寄