[发明专利]用于高级加密标准（AES）的灵活结构和指令

说明书

技术领域

本公开涉及密码算法，并且具体而言，涉及高级加密标准(AES)算法。

背景技术

密码是依靠算法和密钥来保护信息的工具。这种算法是复杂的数学算 法，而所述密钥是比特串。密码系统具有两种基本类型：私用密钥系统和 公共密钥系统。私用密钥系统又称为对称系统，其具有两方或多方共享的 单个密钥(“私用密钥”)。该单个密钥既用于加密信息也用于解密信息。

国家标准和技术研究所(NIST)发布的作为联邦信息处理标准(FIPS) 197的高级加密标准(AES)是一种私用密钥系统。AES是能够加密和解密 信息的对称块加密(block cipher)。

加密技术(加密)使用私用密钥(加密密钥)执行一系列的转换，以 将被称为“明文”的可理解数据转换为被称为“密文”的无法理解的形式。 加密中的转换包括：(1)使用异或(XOR)操作将循环(round)密钥(从 加密密钥导出的值)与体(state)(字节的二维阵列)相加；(2)使用非线 性字节替换表(S-盒(S-Box))对体进行处理；(3)使用不同的偏移来循 环移位所述体的最后三行；以及(4)获取所述体的所有列，并且(相互独 立地)混合所述列的数据以产生新的列。

解密(反加密)使用加密密钥来执行一系列的转换，以将“密文”块 转换为同样大小的“明文”块。反加密中的转换是加密中进行的变换的逆 操作。

在AES标准中指定Rijindael算法使用长度为128、192和256位的加 密密钥来处理128位的数据块。一般将不同的密钥长度称为AES-128、 AES-192和AES-256。

AES算法在10、12或14个连续循环中将明文转换为密文或者将密文 转换为明文，其中，循环的次数取决于密钥长度。

附图说明

根据下面进行的详细描述以及参考附图，所要求保护主题的实施例的 特征将变得明显，其中同样的附图标记代表同样的部件，并且其中：

图1是系统的框图，其包括根据本发明的原理用于在通用处理器中执 行AES加密和解密的灵活结构和指令的实施例；

图2是图1中示出的处理器的实施例的框图；

图3是包括图2中示出的用于根据本发明的原理来执行AES加密和解 密的执行单元的实施例的框图；

图4是示出了通过图3中示出的执行单元的AES加密循环指令流的流 程图；

图5是示出了通过图3中示出的执行单元的AES加密最后一个循环指 令流的流程图；

图6是示出了通过图3中示出的执行单元的AES解密循环指令流的流 程图；

图7是示出了通过图3中示出的执行单元的AES解密最后一个循环指 令流的流程图；以及

图8示出了可以用来生成循环密钥并执行加密和解密的具有立即 (immediate)字节的AES循环指令的实施例。

尽管以下详细描述将参考要求保护主题的说明性实施例来进行，但是 本领域的技术人员会清楚其多种替换、更改和变化。因此，应当宽泛地看 待所要求保护的主题，并且应该仅由所附权利要求对所要求保护的主题进 行限定。

具体实施方式

高级加密标准(AES)算法是典型地在软件或专用处理器中执行的计算 密集算法。因此，典型地，仅将加密操作用于对存储在计算机中的信息的 子集进行加密，例如，所述子集为可以归类为“最高机密”的信息。然而， 需要对存储在计算机中的更多信息进行加密。例如，如果存储在移动计算 机中的所有信息都进行了加密，那么就算该移动计算机被盗，这些信息仍 能受到保护。

AES是利用128、192或256位的密钥长度对128位的比特块进行操作 的块加密。根据密钥长度，将一系列的操作反复执行若干个(10、12或14 个)循环。

通过使用隐式128位寄存器来存储循环密钥，可以动态地(即，刚好 在每个循环之前)生成用于每个循环的密钥。然而，由于依赖于先前指令 的结果，使用隐式寄存器可能降低x86型基于寄存器的处理器的性能。