[发明专利]可重构S盒电路结构

权利要求书

1.一种可重构S盒电路结构，其特征在于，包括：合成矩阵乘法单元1、合成矩阵乘法单元2、常数加单元1、常数加单元2、常数加单元3、常数加单元4、复合域乘法逆单元、选择器1、选择器2、字节数据输入端口、字节数据输出端口和控制信号输入端口，所述选择器1和所述选择器2均为三选一选择器；

所述合成矩阵乘法单元1的输入端口与字节数据输入端口相连接；合成矩阵乘法单元1的输出端P_A、输出端P_V、输出端P_S分别与选择器1的输入端、常数加单元1的输入端、常数加单元2的输入端一一对应连接；所述常数加单元1的输出端和常数加单元2的输出端均与选择器1的输入端连接；所述选择器1的输出端与复合域乘法逆单元的输入端相连接；所述复合域乘法逆单元的输出端与合成矩阵乘法单元2的输入端相连接；所述合成矩阵乘法单元2的输出端P_A、输出端P_V、输出端P_S分别与常数加单元3的输入端、选择器2的输入端、常数加单元4的输入端一一对应连接；所述常数加单元3的输出端和常数加单元4的输出端分别与选择器的输入端相连接；所述选择器2的输出端与字节数出端口相连接；所述选择器1和选择器2的选择端与控制信号输入端口相连接；

所述的合成矩阵乘法单元1实现合成矩阵乘法运算Φ×；所述的合成矩阵Φ由AES加密S盒中的常数矩阵D_A、AES解密S盒中的常数矩阵Q'_A、SM4 S盒中的常数矩阵R_S组合而成；合成矩阵乘法单元1的输出端P_A、输出端P_V和输出端P_S分别输出常数矩阵乘法D_A×的运算结果、常数矩阵乘法Q'_A×的运算结果和常数矩阵乘法R_S×的运算结果；

所述的合成矩阵乘法单元2实现合成矩阵乘法运算Ψ×；所述的合成矩阵Ψ由AES加密S盒中的常数矩阵Q_A、AES解密S盒中的常数矩阵D'_A、SM4 S盒中的常数矩阵Q_S组合而成；合成矩阵乘法单元2的输出端P_A、输出端P_V和输出端P_S分别输出常数矩阵乘法Q_A×的运算结果、常数矩阵乘法D'_A×的运算结果和常数矩阵乘法Q_S×的运算结果；

所述的常数加单元1实现AES解密S盒中的加常数d_A运算；所述的常数加单元2实现SM4 S盒中的加常数d_S运算；所述的常数加单元3实现AES加密S盒中的加常数c_A运算；所述的常数加单元4实现SM4 S盒中的加常数c_S运算；所述的复合域乘法逆单元实现输入字节在复合域上乘法逆运算；

所述可重构S盒电路结构具有三个工作模式：AES加密S盒工作模式、AES解密S盒工作模式和SM4 S盒工作模式；在选择信号的控制下，选择器1和选择器2分别选择不同的信号通道，从而实现可重构S盒不同的工作模式；在AES加密S盒工作模式下，选择器1输出合成矩阵乘法单元1的输出端P_A上的运算结果，选择器2输出常数加单元3的运算结果；在AES解密S盒工作模式下，选择器1输出常数加单元1的运算结果，选择器2输出合成矩阵乘法单元2的输出端P_V上的运算结果；在SM4 S盒工作模式下，选择器1输出常数加单元2的运算结果，选择器2输出常数加单元4的运算结果；所述控制信号由控制信号输入端口输入；

所述可重构S盒电路结构通过复用复合域乘法逆单元方式，实现AES加密S盒运算、AES解密S盒运算和SM4 S盒运算的可重构功能，复合域乘法逆的复用可以大大减少了电路面积，同时可重构S盒中的合成矩阵结构有利于电路优化效率的提高，从而进一步减少电路面积。

2.根据权利要求1所述可重构S盒电路结构，其特征在于，所述的常数d_A为AES解密S盒中的常数c_A与常数矩阵Q'_A的乘积；

所述的常数d_S为SM4S盒中的常数c_S与常数矩阵D_S的乘积；

所述的常数c_A为AES密码算法中指定的仿射运算中的常数向量；

所述的常数c_S为SM4密码算法中指定的仿射运算中的常数向量；

所述的常数矩阵Q'_A为常数矩阵D_A与常数矩阵M'_A的乘积；

所述的常数矩阵R_S为常数矩阵D_S与常数矩阵M_S的乘积；

所述的常数矩阵Q_A为常数矩阵M_A与常数矩阵D'_A的乘积；

所述的常数矩阵Q_S为常数矩阵M_S与常数矩阵D'_S的乘积；

所述的常数矩阵D_A为映射矩阵，其作用是将AES密码算法中指定的GF(2⁸)域上的元素映射到目标复合域上；

所述的常数矩阵D'_A为映射矩阵，其作用是将目标复合域上的元素映射到AES密码算法中指定的GF(2⁸)域上；

所述的常数矩阵D_S为映射矩阵，其作用是将SM4密码算法中指定的GF(2⁸)域上的元素映射到目标复合域上；

所述的常数矩阵D'_S为映射矩阵，其作用是将目标复合域上的元素映射到SM4密码算法中指定的GF(2⁸)域上；

所述的常数矩阵M_A为AES密码算法中指定的加密流程仿射运算中的常数矩阵；

所述的常数矩阵M'_A为AES密码算法中指定的解密流程仿射运算中的常数矩阵；

所述的常数矩阵M_S为SM4密码算法中指定的仿射运算中的常数矩阵；

所述的复合域为任意与GF(2⁸)域同构的复合域。