[发明专利]一种Quartet轻量级加密算法的实现装置及方法

权利要求书

1.一种Quartet轻量级加密算法的实现装置，其特征在于，包括明文处理模块、状态更新模块、状态寄存器组、状态控制单元、轮常数生成模块、密钥流生成模块、多路开关、数据选择器Mux1和数据选择器Mux2；

所述明文处理模块接收用户输入的指示信号flag和明文，输出处理后的64-bit明文给状态控制单元；

所述状态更新模块包括三个，用于在状态控制单元输出的使能信号的驱动下进行3种不同的扩散运算，为加密算法计算不断更新的内部状态，并将更新后的状态送入状态寄存器组中；

所述状态寄存器组由4个状态寄存器state0-state3组成，负责存储加密算法运行过程中生成并不断更新的状态，每个时刻4个状态寄存器state0-state3的取值称为该时刻的状态，分别记作x₀-x₃；

所述状态控制单元的输入端K和输入端IV分别用于接收用户输入的初始化密钥和初始化向量，输入端ADi用于接收用户输入的8-bit关联数据，输入端mi与明文处理模块的输出相连，接收处理过的64-bit明文；所述状态控制单元的输入端CIN0～CIN3分别与4个状态寄存器state0～state3的输出一一对应相连，用于每个时刻读取一组状态；所述状态控制单元的输出cnt与所述轮常数生成模块的输入、以及数据选择器Mux2的地址端相连，分别为轮常数生成模块提供计数值和为数据选择器Mux2提供地址；所述状态控制单元将读入的128-bit的初始化密钥按照高低64位分成两组，即K[127:64]和K[63:0]，直接连线输出给数据选择器Mux2的数据输入端，供生成认证标签时使用；

所述轮常数生成模块由26选1的数据选择器Mux3组成，可根据输入端的输入选择输出对应地址的轮常数，用于初始化阶段中的状态更新；

所述密钥流生成模块与状态寄存器组的输出相连，密钥流生成模块根据状态寄存器组的取值与数据选择器Mux2的输出异或生成密钥流；

所述多路开关的数据输入端与状态控制单元的输出cout0～cout3相连，地址输入端与状态控制单元中状态指示寄存器mode相连，数据输出端分别与三个状态更新模块的输入相连，可根据地址输入端的输入将状态控制单元的输出给某个状态更新模块；

所述数据选择器Mux1的数据输入端与三个状态更新模块的输出相连，地址输入端与状态控制单元中状态指示寄存器mode相连，输出与状态寄存器组相连，可根据地址输入端的输入将某个状态更新模块的输出给状态寄存器组；

所述数据选择器Mux2的两个数据输入端分别与状态控制单元输出的两组初始化密钥K[127:64]和K[63:0]相连，地址输入端与状态控制单元的输出cnt相连，可根据地址输出初始化密钥的部分位，用于与密钥流逐位异或生成认证标签。

2.根据权利要求1所述的一种Quartet轻量级加密算法的实现装置，其特征在于，所述状态更新模块包括执行ASCON线性扩散函数的扩散运算单元和二选一的数据选择器Mux4，所述数据选择器Mux4具备使能端记作ENABLE，ENABLE取值为0或者1；当其值为1时，4个64-bit数据通过输入端口S_i_x₀～S_i_x₃被送入扩散运算单元中，1≤i≤3,i代表状态更新模块号；每个64-bit数据均需经过4个ASCON线性扩散函数获得运算结果，通过输出端口S_i_S₀～S_i_S₃输出，1≤i≤3,i代表状态更新模块号；当ENABLE取值为0时，状态更新模块的输出等于输入的数据。