[发明专利]一种多通道场景下ZUC-256算法的资源优化实现方法

说明书

本发明公开了一种多通道场景下ZUC‑256算法的资源优化实现方法。本发明首先构建多通道ZUC‑256复合算法核，具体包含ZUC256_integer模块和多个ZUC256_atom算法核两个部分；ZUC256_integer模块用于完成多通道对外的接口定义和公用资源的部署；ZUC256_atom算法核用于实现ZUC‑256算法的基本操作，即独立算法核运行所需的基本组合逻辑和多轮时序逻辑，一个ZUC256_atom算法核独立负责一个通道的数据加密或解密。本发明能够在硬件资源受限的场景下满足对多通道数据的加解密需求，并且可以方便地实现多个通道的拓展。

技术领域

本发明属于信息安全领域，涉及一种多通道场景下ZUC-256算法的资源优化实现方法。具体是ZUC(祖冲之)-256算法在硬件实现上的资源优化方法。

背景技术

我国自主设计的ZUC加密算法在2011年第53次3GPP系统架构组会议上被批准为4G无线通信的候选加密算法。这是我国的商用密码算法首次走出国门参与国际标准的竞争，证明了国产商用密码算法的可靠性。同时为了适应5G无线通信普及的需求，后续提出了ZUC-256加密算法用以提供5G应用环境下的数据安全性，并在2020年成为ISO/IEC国际标准。

在实际的卫星通信、数据接入等有着多通道的要求的通信系统产品定制化设计中，在满足加解密速度的前提下，如何降低ZUC-256对硬件的资源需求以及方便的实现多通道的扩展有着重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种多通道场景下ZUC-256 算法的资源优化实现方法。本发明能够在硬件资源受限的场景下满足对多通道数据的加解密需求，并且可以方便的实现多个通道的拓展。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案是：

首先构建多通道ZUC-256复合算法核，具体包含ZUC256_integer模块和多个ZUC256_atom算法核两个部分。ZUC256_integer模块用于完成多通道对外的接口定义和公用资源的部署。ZUC256_atom算法核用于实现ZUC-256算法的基本操作，即独立算法核运行所需的基本组合逻辑和多轮时序逻辑，一个 ZUC256_atom算法核独立负责一个通道的数据加密或解密。

所述ZUC256_integer模块根据实际应用需求定义n个32bit的加解密通路、 n个初始密钥iK、n个初始向量iV，并将加解密通路、初始密钥iK、初始向量 iV作为外部数据接口以及对应的控制信号。

所述ZUC256_integer模块用以完成如下的逻辑功能：

功能一：根据外部控制模块和内部例化的n个(取决于实际应用场景中的具体通道数目)ZUC256_atom算法核相应的控制信号，分别将每一路的初始密钥iK、初始向量iV信息下发给其内部例化的每个ZUC256_atom算法核。

所述的外部控制模块是指需要应用本发明算法的一个外部控制接口。

功能二：根据外部控制模块和内部例化的n个ZUC256_atom算法核相应的控制信号，进行数据流量控制。

功能三：提供两个S盒：S0_BOX资源和S1_BOX资源；提供两个MDS矩阵L1、 L2。

所述S0_BOX资源和S1_BOX资源用于对输入的8-bit数据进行非线性替换，具体使用基于查找表的ROM来实现。输入为8-bit地址(每个8-bit地址对应一个8-bit数据)，输出的8-bit数据为非线性替换后的值，因此需要在ROM中存放256字节(8×256＝2048-bit)的数据。