[发明专利]复用轮变换电路、AES加密电路及加密方法

摘要

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。

主权项

1.一种复用轮变换电路，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，其特征在于，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；其中，合成矩阵乘法运算单元1，将合成矩阵Δ与从反馈数据输入端输入的列向量Dv＝[d0,d1,d2,d3]T进行乘法运算，将运算后的矩阵Lv＝[l0,l1,l2,l3]T输出到复合域乘法逆运算单元，合成矩阵Δ由四个常数矩阵δ组合而成，常数矩阵δ为将GF(28)域上的元素映射到复合域上的映射矩阵，其中，合成矩阵Δ的表达式如下：复合域乘法逆运算单元，将数据向量Lv＝[l0,l1,l2,l3]T中的每个节进行复合域乘法逆运算，复合域为任意与GF(28)域同构的复合域，并将运算后的矩阵Iv＝[i0,i1,i2,i3]T输出到选择器1；二选一选择器1，在进行首轮变换运算时，选择器1将从明文数据输入端输入的列向量Tv＝[t0,t1,t2,t3]T输出到合成矩阵乘法运算单元2，在进行普通轮变换运算及末轮变换运算时，选择器1将从复合域乘法逆运算单元输出的列向量号Iv＝[i0,i1,i2,i3]T输出到合成矩阵乘法运算单元2，二选一选择器1的输出信号为Nv＝[n0,n1,n2,n3]T；合成矩阵乘法运算单元2，将数据矩阵N_v＝[n₀,n₁,n₂,n₃]^T和密钥向量K_v＝[k₀,k₁,k₂,k₃]^T组合成一个列向量P_v＝[n₀,n₁,n₂,n₃,k₁,k₂,k₃,k₄]^T，并将合成矩阵Λ与列向量P_v进行乘法运算，将乘法运算结果的第一行至第四行组成的向量Q_f＝[q_f0,q_f1,q_f2,q_f3,]^T输出到选择器2；乘法运算结果的第五行至第八行组成的向量Q_n＝[q_n0,q_n1,q_n2,q_n3,]^T输出至常数加运算单元1，乘法运算结果第九行至第十二行组成的向量Q_l＝[q_l0,q_l1,q_l2,q_l3,]^T输出常数加运算单元2，其中，合成矩阵Λ由常数矩阵λ₃、λ₂、λ₁、组合而成，其中，常数矩阵λ₃为常数矩阵常数矩阵τ和常数矩阵δ′的乘积，即常数矩阵λ₂为常数矩阵常数矩阵τ和常数矩阵δ′的乘积，即常数矩阵λ₁为常数矩阵常数矩阵τ和常数矩阵δ′的乘积，即常数矩阵分别为GF(2⁸)域上乘常数×{03}₁₆、×{02}₁₆、×{01}₁₆的矩阵形式，常数矩阵τ为AES S盒中仿射运算所指定的常数矩阵，常数矩阵δ′为将复合域上的元素映射到GF(2⁸)域上的映射矩阵，合成矩阵Λ表达式如下：常数加运算单元1，将合成矩阵乘法运算单元2输出的向量Qn＝[qn0,qn1,qn2,qn3]T与常数向量Ωv＝[ω0,ω1,ω2,ω3]T相加运算，运算后的矩阵Rn＝[rn0,rn1,rn2,rn3]T输出到二选一选择器2，其中常数ω为AES S盒中仿射运算所指定的字节常数，；常数加运算单元2，将合成矩阵乘法运算单元2输出的向量Ql＝[ql0,ql1,ql2,ql3]T与常数向量Ωv＝[ω0,ω1,ω2,ω3]T相加运算，运算后的矩阵Rl＝[rl0,rl1,rl2,rl3]T从密文数据输出端口输出；二选一选择器2，在进行首轮变换运算时，将合成矩阵乘法运算单元2输出的向量Qf＝[qf0,qf1,qf2,qf3]T通过反馈数据输出端反馈至反馈数据输入端，在进行普通轮变换运算时，选择器2将常数加运算单元1输出的向量Rn＝[rn0,rn1,rn2,rn3]T通过反馈数据输出端反馈至反馈数据输入端；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的数据输入端及数据输出端的数据位宽均为4个字节。