[发明专利]一种可配置的比特置换运算系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息安全技术和计算机技术领域，具体地，涉及一种可配置的比特置换运算系统及方法。

背景技术

随着现代社会的日益信息化、数字化与网络化，人们对信息安全技术的需求越来越广泛和深入。信息安全技术的应用领域，已从传统的军事、政治部门，逐步扩展到社会经济生活的各个角落；信息安全产品成为整个社会良性运转的重要保障，保护信息的安全也已经成为科学技术领域的重要课题。

信息安全体系中，密码算法是信息安全的基础和核心技术，比特置换在密码算法中有重要意义。比特置换提供了字节操作所无法实现的混乱扩散等功能。置换作为扩散的首要手段，在密码算法中得到了广泛应用。此外，在计算机体系结构中，随着多媒体和信息安全技术的发展，快速比特置换也将成为面向字节的处理器的一个重要发展方向。

现在采用的置换网络有GRP、OMFLIP、BFLY、IBFLY 和BENES等。GRP网络用log₂N级N选1数据选择器，每一级都需要N位配置比特，因为整个网络展开多个置换单元，采用多路选择器，所以结构复杂，电路实现面积非常大，配置算法复杂，扩展性差；OMFLIP网络由一个Omega网络连接一个Flip网络而组成。N位输入的Omega网络由相同的log₂N层组成，每一层有N个2选1数据选择器，N位输入的Flip网络是N位输入的Omega网络的反向镜像,即也由相同的log₂N层组成，所以，Omega-flip网络有2log₂N层，电路实现面积大，配置算法复杂。BFLY网络和IBFLY网络，N位输入的BFLY网络是N位输入的IBFLY网络的反向镜像，都使用log₂N级网络实现置换，每一级有N个2选1数据选择器，BFLY网络和IBFLY网络结构简单，可扩展，易配置，但是在置换的过程中会发生阻塞，产生错误。BENES网络为一个BFLY和IBFLY网络串联而成，中间相邻2级合并为1级，所以一共有2log₂N-1级，每一级有N个2选1数据选择器，BENES网络具有BFLY网络和IBFLY网络的优点，并且不会产生阻塞现象，但存在电路实现面积较大的问题。

综上所述，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在结构复杂、电路实现面积大、配置算法复杂、扩展性差与置换过程易发生阻塞等缺陷。 

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种可配置的比特置换运算系统，以实现结构简单、电路实现面积小、易扩展、可配置与配置算法简单的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种可配置的比特置换运算系统，包括依次连接的路径选择算法单元、配置信息存储器与比特置换运算单元，其中：

所述路径算法选择单元，用于根据预设的网络配置原则，生成相应的配置信息后，将所述配置信息发送至配置信息存储器；预设的网络配置原则，具体可以为：每一级网络配置中，分别对输入输出比特进行分组，互斥比特对中比特不同组。

所述配置信息存储器，用于接收所述路径算法选择单元发送的配置信息，进行存储，并将所述配置信息发送至比特置换运算单元；

所述比特置换运算单元，用于接收所述配置信息存储器发送的配置信息，对相应的网络进行配置；配置完成后，已配置的比特置换运算单元，根据置换输入数据进行处理，生成置换输出结果。

进一步地，所述比特置换运算单元，包括可任意扩展、且上下对称组合设置的所述多级基本比特置换运算子单元，设置在相邻两级基本比特置换运算子单元之间、且可交叉互换的级联网络，以及用于根据级别向所述多级基本比特置换运算子单元发送控制信号的分级递归互斥配置算法；所述可交叉互换的级联网络，上下结构完全对称。

进一步地，每级基本比特置换运算子单元，包括左右配合设置的交换网络与任意位宽的置换网络；所述每级基本比特置换运算子单元，根据排列组合规则，完成N位数据置换，需要执行                                                操作；其中，所述交换网络执行操作，置换网络执行操作。

进一步地，所述置换网络，包括结构相同、且上下对称级联设置的多级比特置换子网络；所述多级比特置换子网络上下对称排列，组成所在置换网络的主体网络；

在所述主体网络的前端，设有前置交换网络；在主体网络的后端，设有后端设有后置交换网络；所述前置交换网络、主体网络与后置交换网络，依次通过上下对称的交叉级联线连接，组成整体级联网络。