[发明专利]一种面向IoT应用的8比特AES电路

说明书

本发明公开了一种面向IoT应用的8比特AES电路，属于保密或安全通信装置的技术领域。该电路包括：并行处理sbox运算和移位操作以及列混合运算的数据处理模块、并行处理sbox运算和字节循环移位操作以及异或运算的密钥扩展模块、控制模块、密钥加模块，数据处理模块和密钥扩展模块共用一个sbox核，采用寄存器到寄存器的方式实现移位操作，以较少的周期以及逻辑组合实现了高吞吐率的8比特AES电路。

技术领域

本发明公开了一种面向IoT应用的8比特AES电路，属于保密或安全通信装置的技术领域。

背景技术

随着物联网(IoT,Internet Of Things)和片上系统(SoC,System on Chip)的不断发展以及先进的技术不断采用，可穿戴设备也越来越多，同时，个人信息安全的问题也愈发重要，最近频繁发生个人信息泄密的事情让更多的企业意识到信息加密的重要。

物联网芯片的通用架构由模拟，数字和RF组成，其中，在数字组成部分中，安全性是比较重要的一块。物联网的发展引起了人们对安全性的担忧，同时，超低功耗密码硬件加速器是现代SoC的重要组件，高级加密标准(AES,Advanced Encryption Standard)成为支持媒体内容保护、内存加密和网络安全的安全基础。

但是，根据目前IoT方面的应用要求，传统128-bit datapath AES存在面积过大、功耗太大的问题，不符合现有IoT的要求。所以，提出面向IoT应用的AES电路实现能效优化-实现8-bit datapath AES，从而降低功耗和面积。

AES的一般流程如下，输入的128位明文通过由4个子块组成的AES回路电路迭代地处理，包括涉及诸如伽罗瓦域(GF,Galois Field)加法的操作，即，将明文数据与128位轮密钥混合的操作；在SubBytes块中的逆运算，也称为Sbox；ShiftRows块中的字节置换和列混合阶段中的伽罗瓦域中的列混合，这些迭代循环操作重复10次，最终产生128位加密的密文。

传统128-bit AES采用的是16字节的128位数据路径，64个布线轨道用于ShiftRows置换，以实现单周期轮延迟和10周期的迭代。然而，这些并行运行导致了大的面积开销和能量消耗，进而导致传统128-bit AES不适合在受电池电量约束的移动和可穿戴系统中使用，同时，这些系统还具有能量和热约束，这促使轻量、低成本的AES的出现。

传统128-bit AES中，组合逻辑的功耗和面积占很大比重，分别为91.78％和77.39％，进一步分析可以发现组合逻辑中Sbox的功耗和面积占很大比重(一共有20个Sbox)，其中，Sbox功耗约占整体功耗的40％，面积约占整体面积的72％，具有很大的优化空间。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种面向IoT应用的8比特AES电路，设计了共用一个sbox的数据处理模块和密钥扩展模块，数据处理模块并行处理sbox运算、移位操作和列混合运算，密钥扩展模块并行处理sbox运算、字节循环移位操作、异或运算，以较少的周期以及逻辑组合实现了高吞吐率的8比特AES电路，解决了传统128比特AES电路功耗面积大、传统8比特AES电路加密运算周期长的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

一种面向IoT应用的8比特AES电路，包括控制模块、共用一个Sbox核的密钥扩展模块和数据处理模块、密钥加模块；

密钥扩展模块并行处理数据的sbox运算、字节循环移位操作和异或运算以更新扩展密钥；

数据处理模块并行处理数据的sbox运算、移位操作和列混合运算以更新密文；

密钥加模块，根据更新的扩展密钥及更新的密文生成轮密钥；及，