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题名ZUC算法的线路优化实现
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作者
邹剑
黄倩
魏子豪
李立基
吴文玲
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机构
福州大学计算机与大数据学院
福州大学网络系统信息安全重点实验室
数据通信科学技术研究所
中国科学院软件研究所可信计算与信息保障实验室
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出处
《密码学报（中英文）》
CSCD
北大核心
2024年第5期1108-1125,共18页
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基金
国家自然科学基金(61902073,62072445)
福建省自然科学基金(2021J01623)。
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文摘
当前还未发现ZUC算法S盒的高效线路实现方案,一般以查找表的方式进行实现.该操作将消耗大量的硬件资源,非常不适用于在受限环境下使用ZUC算法.针对上述不足,本文首次给出ZUC算法S盒的完整线路实现以及线性变换的in-place实现,可以有效地降低ZUC算法线路实现的资源开销.ZUC算法中的S盒由4个大小为8×8的S盒组合而成,即S=(S_(0),S_(1),S_(2),S_(3)),其中S_(0)=S_(2),S_(1)=S_(3).首先,使用穷举剪枝的搜索策略以及基于SAT的S盒优化技术给出S_(0)中3个P变换的高效线路实现,进而首次得到S_(0)的紧凑线路实现.其次,根据S_(1)的代数表达式,通过应用几种最先进的组合逻辑最小化技术,对正规基下F28域上求逆运算的720种塔域表示进行全面的研究,得到S_(1)的紧凑线路实现.相较于以往基于复合域的实现方法,节省了25.48%的硬件开销.最后,将ZUC算法中的线性变换转换成矩阵形式,并使用优化线性矩阵的启发式算法得到其in-place实现,减少了34.77%的XOR门数,且不需要使用额外的辅助比特.本文研究将会对传统环境下以及量子环境下ZUC算法的线路实现产生积极的影响.
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关键词
ZUC
S盒
线性变换
线路实现
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Keywords
ZUC
S-box
linear permutation
circuit implementation
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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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