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题名基于正规基的大规模S盒FPGA设计与实现
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作者
张磊
李国元
洪睿鹏
王建新
肖超恩
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机构
北京电子科技学院
中国科学院计算技术研究所处理器芯片全国重点实验室
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出处
《密码学报(中英文)》
北大核心
2025年第4期854-869,共16页
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基金
处理器芯片全国重点实验室开放课题(CLQ202516)
中央高校基本科研业务费资金(3282024009,3282024051)。
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文摘
传统上的分组密码S盒硬件实现采用查表法,其实现效果受到芯片资源的限制.针对16-bit大规模S盒在FPGA硬件实现中资源消耗大的问题,本文提出了基于复合域中正规基的S盒构造方法,研究使用较少的硬件资源实现16-bit S盒.首先,设计了基于复合域的16-bit S盒构造实现方案,构建了线性的同构映射矩阵及其逆矩阵.其次,通过映射矩阵使有限域GF(2^(16))的乘法逆转换到复合域GF((((2^(2))^(2))^(2))^(2))上,进而将非线性的高维乘法逆简化为低维子域运算.然后,通过分析各级复合域不同参数对S盒实现的影响,筛选最优参数.最后,结合所提出的16-bit S盒构造实现框架,本文利用Xilinx公司的Vivado开发工具,以MK-3算法的16-bit S盒为例进行了FPGA仿真验证与性能分析.结果表明,本文构造方法实现的MK-3算法S盒需要186个LUT,时钟频率为114.129 MHz,在时钟频率/LUT的性能指标下达到了0.61360.同目前已公开文献同类方法中的最优实现性能0.43538相比,性能提升了40.93%.本文的16-bit S盒实现方案能够在降低硬件资源消耗的同时保持密码算法较高的运行频率,对有基于有限域构造的S盒的高效软硬件实现具有一定的参考价值.
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关键词
大规模s盒
复合域
正规基
MK-3算法
FPGA
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Keywords
large-scale s-boxes
composite field
normal basis
MK-3 algorithm
FPGA
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分类号
TP309.7
[自动化与计算机技术—计算机系统结构]
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题名SPS结构大规模S盒设计与分析
被引量：3
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作者
张岚
何良生
郁滨
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机构
信息工程大学密码工程学院
国家密码管理局
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出处
《通信学报》
EI
CSCD
北大核心
2023年第2期27-40,共14页
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文摘
基于循环移位与异或运算构造了有限域(F2 m)4上的一类最优线性变换P,借鉴线性变换输入输出关系反证法的思想,提出将最优线性变换目标问题转化为若干个递进关系定理的证明方法,不仅解决了该类最优线性变换的证明,而且适用于任意线性变换的证明。通过小规模S盒与最优循环移位-异或型线性变换P,建立了2轮SPS结构的大规模S盒模型,设计了一系列密码学性质优良的轻量级大规模S盒,仅使用查表、循环移位、异或三类基本运算,提高了大规模S盒的线性度和差分均匀度。理论证明和实例分析表明,与已有大规模S盒构造方法相比,所提大规模S盒设计方案运算代价更加低廉,其差分、线性等密码学性质更加优良,适宜用于轻量级密码算法非线性置换设计。
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关键词
sPs结构
大规模s盒
循环移位-异或型线性变换
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Keywords
sPs structure
large-scale s-box
cyclic shift-XOR linear transformation
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分类号
TN918.1
[电子电信—通信与信息系统]
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