一种基于Hierarchy LUT的可重构S-box实现方法

作者：方震，赵伟，刘勇作者单位：1.中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214035。摘要：基于查找表方法构建的Substitution box （S-box）在可重构分组密码实现中广泛使用，然而因消耗的资源过大，其面积利用效率低。为提高可重构S-box面积利用效率，提出一种基于4R/1W存储结构的分层查找表（Hierarchy LUT），构建可重构S-box。所提出的4R/1W存储结构能减少存储单元的例化数量，提高存储密度。在40nm CMOS工艺下，实现基于Hierarchy LUT的可重构S-box，其面积利用效率得到改善，对比Table Lookup Unit （TLU）和Memory Sharing的可重构S-box方案，效率分别提高了51.76%和6.88%。引言：通信领域中，高吞吐量的加密和解密技术一直是研究的重点。分组密码算法在高速、海量数据加密解密应用中广泛使用。为使分组密码达到高的性能，通常采用硬件加速。专用集成电路（ASIC）虽然性能高，但是在算法切换、参数可变的应用中缺乏灵活性。可重构架构技术则可在一定程度上弥补短板，平衡高性能和灵活性，有利于分组密码算法硬件加速应用，进而通过优化分组密码算法实现。分组密码算法主要包括逻辑运算、算数运算[1]、置换处理[2]、字节替换（S-box）[2-3]。S-box作为分组密码算法的非线性处理单元，在分组密码算法中发挥着重要的作用。一般而言，不同的分组密码算法，S-box的结构都有所不同，这也是分组密码算法的瓶颈所在。因而S-box的性能和面积的优化成为了分组密码算法主要研究目标。文章来源：《电子技术应用》杂志月刊点击下方阅读原文，下载论文PDF

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