一種基于Hierarchy LUT的可重構(gòu)S-box實現(xiàn)方法
2023年電子技術(shù)應(yīng)用第1期
方震，趙偉，劉勇
中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214035
摘要： 基于查找表方法構(gòu)建的Substitution box （S-box）在可重構(gòu)分組密碼實現(xiàn)中廣泛使用，然而因消耗的資源過大，其面積利用效率低。為提高可重構(gòu)S-box面積利用效率，提出一種基于4R/1W存儲結(jié)構(gòu)的分層查找表（Hierarchy LUT），構(gòu)建可重構(gòu)S-box。所提出的4R/1W存儲結(jié)構(gòu)能減少存儲單元的例化數(shù)量，提高存儲密度。在40nm CMOS工藝下，實現(xiàn)基于Hierarchy LUT的可重構(gòu)S-box，其面積利用效率得到改善，對比Table Lookup Unit （TLU）和Memory Sharing的可重構(gòu)S-box方案，效率分別提高了51.76%和6.88%。
中圖分類號：TN46
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222891
中文引用格式： 方震，趙偉，劉勇. 一種基于Hierarchy LUT的可重構(gòu)S-box實現(xiàn)方法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(1)：41-44.
英文引用格式： Fang Zhen，Zhao Wei，Liu Yong. A scheme of the reconfigurable S-box based on Hierarchy LUT[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：41-44.
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222891
中文引用格式： 方震，趙偉，劉勇. 一種基于Hierarchy LUT的可重構(gòu)S-box實現(xiàn)方法[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2023，49(1)：41-44.
英文引用格式： Fang Zhen，Zhao Wei，Liu Yong. A scheme of the reconfigurable S-box based on Hierarchy LUT[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：41-44.
A scheme of the reconfigurable S-box based on Hierarchy LUT
Fang Zhen，Zhao Wei，Liu Yong
No.58 Research Institute of China Electronics Technology Gruop Corporation，Wuxi 214035，China
Abstract： The S-box based on LUT is widely used in the reconfigurable block cipher. It is not efficient in area for the expended resources. In this paper, the Hierarchy LUT architecture based on 4R/1W memory unit is proposed to compose the reconfigurable S-box. The 4R/1W can reduce the numbers of the storage unit in the reconfigurable S-box. The proposed Hierarchy LUT is applicable for different sets of ciphers and it is implemented under 40 nm CMOS technology to compare with similar work. The comparison result shows that the proposed Hierarchy LUT gains 6.88% to 51.76% resource efficiency improvement.
Key words : reconfigure；S-box；4R/1W；Hierarchy LUT
0 引言
通信領(lǐng)域中，高吞吐量的加密和解密技術(shù)一直是研究的重點。分組密碼算法在高速、海量數(shù)據(jù)加密解密應(yīng)用中廣泛使用。為使分組密碼達(dá)到高的性能，通常采用硬件加速。專用集成電路（ASIC）雖然性能高，但是在算法切換、參數(shù)可變的應(yīng)用中缺乏靈活性。可重構(gòu)架構(gòu)技術(shù)則可在一定程度上彌補短板，平衡高性能和靈活性，有利于分組密碼算法硬件加速應(yīng)用，進(jìn)而通過優(yōu)化分組密碼算法實現(xiàn)。分組密碼算法主要包括邏輯運算、算數(shù)運算[1]、置換處理[2]、字節(jié)替換（S-box）[2-3]。S-box作為分組密碼算法的非線性處理單元，在分組密碼算法中發(fā)揮著重要的作用。一般而言，不同的分組密碼算法，S-box的結(jié)構(gòu)都有所不同，這也是分組密碼算法的瓶頸所在。因而S-box的性能和面積的優(yōu)化成為了分組密碼算法主要研究目標(biāo)。
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作者信息：
方震，趙偉，劉勇
（中國電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214035）
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