[发明专利]复用轮变换电路、AES加密电路及加密方法

说明书

本发明适用于加密技术领域，提供了一种复用轮变换电路、AES加密电路及加密方法，本发明提出的AES加密轮变换复用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与合成矩阵Λ，从而缩短AES加密轮变换电路的关键路径，同时降低电路实现面积，并通过复用合成矩阵乘法运算单元1、复合域乘法逆运算单元及合成矩阵乘法运算单元2实现普通轮变换及末轮变换，从而节省大量电路资源。

技术领域

本发明属于加密技术领域，提供了一种复用轮变换电路、AES加密电路及其加密方法。

背景技术

AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)是由美国国家标准与技术研究院2001年制定的新一代分组对称密码算法，用于取代原来的DES (Data EncryptionStandard，数据加密标准)。目前，AES密码算法已经被多个国际标准组织所采用，是目前使用最广泛的分组密码算法。

AES密码算法的数据分组长度为128比特，密钥长度有128，192和256 比特三种，分别称为AES-128，AES-192，AES-256，AES算法是一个迭代算法，每一个迭代可以称为轮变换，密钥长度不同，轮变换数量也不同，AES-128， AES-192，AES-256的轮变换数量N_r分别为10，12，14。AES加密流程如附图 1所示，输入的明文数据首先进行密钥加运算；然后经过N_r-1轮普通轮变换，在每个普通轮变换中按顺序进行字节替换、行移位、列混合和密钥加四个子运算；最后经过一轮末轮变换，末轮变换按顺序进行字节替换、行移位和密钥加三个子运算。

T盒实现方式是目前轮变换电路实现中最常用的运算单元合并实现方式。T 盒实现通过预计算方式将S盒、行移位和列混合等运算的运算结果预存一个存储运算单元中，以查询表的方式实现S盒、行移位和列混合合并运算功能。T 盒实现减少了整个轮变换电路的关键路径，因此T盒实现方式主要应用在高速 AES电路设计中。T盒实现方式虽然可以加快数据处理速度，但也大大增加了电路面积，Rach等人将基于复合域S盒/逆S盒中最后一级GF(24)乘法器、映射矩阵/逆映射运算、仿射/逆仿射运算、列混合/逆列混合运算和密钥加运算等五个运算合并成一个运算单元，合并运算单元缩短了电路关键路径，但同时也大大增加了电路面积。在已有的公开文献中，所提出的基于合并运算的AES轮变换电路，都是以增加电路面积为代价对关键路径长度进行了优化。

发明内容

本发明实施例提供一种AES加密电路，旨在解决现有的基于合并运算的 AES轮变换电路，都是以增加电路面积为代价对关键路径长度进行优化的问题。

本发明是这样实现的，一种复用轮变换电路，所述复用轮变换电路用于实现首轮变换、普通轮变换或末轮变换，所述复用轮变换电路包括：

合成矩阵乘法运算单元1、复合域乘法逆运算单元、二选一选择器1、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及二选一选择器2；

合成矩阵乘法运算单元1的输入端与反馈数据输入端连接的，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选择器 1的一输入端连接，选择器1的另一输入端与初始数据输入端口连接，选择器1 的输出端及密钥输入端均与合成矩阵乘法运算单元2的输入端连接，合成矩阵乘法运算单元2的三个输出端分别与选择器2、常数加运算单元1及常数加运算单元2的输入端连接，常数加运算单元1的输出端与选择器2的另一输入端连接，常数加运算单元2的输出端与密文数据输出端连接，选择器2的输出端与反馈数据输出端连接；