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题名SM4算法快速软件实现
被引量：27
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作者
张笑从
郭华
张习勇
王闯
刘建伟
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机构
北京航空航天大学软件开发环境国家重点实验室
密码科学技术国家重点实验室
北京航空航天大学空天网络安全工业与信息化部重点实验室
北京卫星信息工程研究所
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出处
《密码学报》
CSCD
2020年第6期799-811,共13页
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基金
北京市自然科学基金(4202037)
CCF-腾讯科研基金(CCF-Tencent RAGR20200123)
+2 种基金
国家重点研发计划(2017YFB1400700)
科学研究与研究生培养共建项目(JD100060630)
国家级大学生创新创业训练计划(201910006159,201910006107)。
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文摘
SM4是对称分组密码国家标准.加解密计算效率是衡量算法实现性能的重要指标,而目前关于SM4软件实现方法方面的研究不多.利用比特切片技术,结合支持单指令多数据(SIMD)的AVX2指令集,本文提出了一种SM4算法的快速软件优化实现方法,使用256位的YMM寄存器实现了SM4算法的256分组数据并行加解密.首先基于已有的选择函数构造了新的选择函数,之后改进了搜索算法,基于新的选择函数和改进的搜索算法化简了S盒的逻辑表达式,将实现逻辑表达式所需的逻辑门电路数量由3000(最简与或式)降至497.在Intel Core i7-7700HQ(Kabylake)@2.80 GHz处理器上,实现速度达到了2580 Mbps,同公开文献中的最好结果1795 Mbps(Intel Core i7-5500U(Broadwell-U)@2.40 GHz)相比,实现效率提高了43%.基于比特切片技术的软件实现优化方法无需内存或高速缓存查表,因此该方法可抵抗缓存-计时侧信道攻击,从而安全性得到了提升.本文提出的优化方法具有可扩展性,不仅适用于在X86平台上借助拓展指令集AVX2实现,还可利用RISC指令集在资源受限,安全性要求高的ARM等嵌入式平台上实现.此外,新的选择函数和搜索算法具有通用性,可用于其它一般逻辑函数的化简.
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关键词
SM4算法
软件优化实现
比特切片
SIMD技术
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Keywords
SM4
software implementation
bit slicing
SIMD
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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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