SM4分组密码算法S盒的紧凑实现方法技术

SM4分组密码算法S盒的紧凑实现方法，涉及加密技术。本发明专利技术包括下述步骤：1)将有限域GF(28)中的元素从标准表示转换为用复合域方法表示；2)将用复合域方法表示的有限域元素用复合域方法求其逆元；3)将所求出的逆元从复合域表示转换为有限域GF(28)中的标准表示；4)将步骤3)的结果与一个常量进行异或运算。本发明专利技术的有益效果是，实现本发明专利技术的方法所需要的电路面积更小，在SMIC0.18um工艺下，用查找表方法实现SM4算法的S盒需要655个与非门，用文献1中的方法实现SM4算法的S盒需要402个与非门，用本发明专利技术的方法实现SM4算法的S盒需要278个与非门。根据现有文献记载，本发明专利技术是目前所需电路面积最小的实现方法。

【技术实现步骤摘要】
SIM分组密码算法S盒的紧凑实现方法
本专利技术涉及加密技术。 技术背景 SM4算法是国家商用密码管理办公室于2006年公布的分组密码算法，是国内官方 公布的第一个商用密码算法。 S盒是SM4算法中唯一的非线性运算部件，由于它作用于每一轮的加解密运算，也 作用于密钥扩展，因此，S盒的硬件实现对整个SM4算法的硬件实现性能、电路面积、功耗等 有一定的影响。 智能卡和RFID标签是资源十分有限的系统。因此，在智能卡和RFID标签上实现 SM4算法时，应尽量减少的电路面积。因为，S盒的电路面积对整个SM4算法的电路面积影 响比较大，所以，应该尽量较小S盒的电路面积。[〇〇〇5] 到目前为止，只在参考文献1中，白雪飞等提出了一种适合于SM4算法S盒的硬件 实现方法，但是该实现方法所选择的参数不是很优，因此需要的电路面积还是比较大。 参考文献1 :徐艳华，白雪飞，郭立。适合SMS4算法硬件实现的S盒构造新方法， 中国科学技术大学学报，第39卷第11期，2009年11月。
技术实现思路
本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是，SM4分组密码算法S盒的紧凑实现 方法，其特征在于，包括下述步骤： 1)将有限域GF(28)中的元素从标准表示转换为用复合域方法表示； 2)将用复合域方法表示的有限域元素用复合域方法求其逆元； 3)将所求出的逆元从复合域表示转换为有限域GF(28)中的标准表示； 4)将步骤3)的结果与一个常量进行异或运算。 进一步的，所述步骤1)包括以下子步骤： 1. 1)将有限域GF(28)中用标准表示法表示的元素 A乘以矩阵M1，其中A是GF⑵ 上长度为8的向量，Ml是GF⑵上8行8列的矩阵； 1. 2)将A乘以Ml的积再与常量C1进行异或运算，其中C1是长度为8的GF⑵上 的向量。 所述步骤2)包括以下子步骤： 2. 1)利用布尔函数的性质优化运算（a*b) ? (a*b)2*N，其中a表示求逆运算的8 比特输入的高4比特，b表示求逆运算的8比特输入的低4比特，N是一个4比特的常数向 量，?表示异或运算，*表示GF(16)的乘法运算，记c= (a*b) ? (a*b)2*N; 2. 2)在GF(16)中计算c的逆元，记该逆元为d ; 2. 3)在GF(16)中计算b与d的乘积，将此乘积记为p ; 2. 4)在GF(16)中计算a与d的乘积，将此乘积记为q ; 2. 5)将p作为高4比特，将q作为低4比特，组合成一个8比特的向量Q，作为求 逆运算的结果。 所述步骤3)为： 将求逆输出Q乘以一个GF(2)上的8行8列的矩阵M2。 所述步骤4)为：将步骤3)运算结果与一个GF (2)上的长度为8的向量C2进行异 或运算。 本专利技术的有益效果是，实现本专利技术的方法所需要的电路面积更小，在SMICO. 18um 工艺下，用查找表方法实现SM4算法的S盒需要655个与非门，用文献1中的方法实现SM4 算法的S盒需要402个与非门，用本专利技术的方法实现SM4算法的S盒需要278个与非门。根 据现有文献记载，本专利技术是目前所需电路面积最小的实现方法。 【具体实施方式】 S盒是SMS4算法中唯一的非线性运算，它一般的实现方法是用查找表的形式，S盒 的代换规则如下：以输入的前半字节为行号，后半字节为列号，行列交叉点处的数据即为S 盒的输出。假设输入为'0x01'，则行号为〇,列号为1，经过非线性变换S盒后的值为S盒第 0行第1列的交叉点的值，即Sbox (0x01) = 0x90,如表1所示，表中数据均采用十六进制表 /_J、1 〇 表 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
SM4分组密码算法S盒的紧凑实现方法，其特征在于，包括下述步骤：1)将有限域GF(28)中的元素从标准表示转换为用复合域方法表示；2)将用复合域方法表示的有限域元素用复合域方法求其逆元；3)将所求出的逆元从复合域表示转换为有限域GF(28)中的标准表示；4)将步骤3)的结果与一个常量进行异或运算。

【技术特征摘要】
1. SM4分组密码算法S盒的紧凑实现方法，其特征在于，包括下述步骤： 1) 将有限域GF(28)中的元素从标准表示转换为用复合域方法表示； 2) 将用复合域方法表示的有限域元素用复合域方法求其逆元； 3) 将所求出的逆元从复合域表示转换为有限域GF(28)中的标准表示； 4) 将步骤3)的结果与一个常量进行异或运算。2. 根据权利要求1所述的SM4算法S盒的紧凑实现方法，其特征在于，所述步骤1)包 括以下子步骤： 1.1)将有限域GF(28)中用标准表示法表示的元素 A乘以矩阵M1，其中A是GF⑵上 长度为8的向量，Ml是GF⑵上8行8列的矩阵； 1. 2)将A乘以Ml的积再与常量C1进行异或运算，其中C1是长度为8的GF (2)上的向 量。3. 如权利要求1所述的SM4分组密码算法S盒的紧凑实现方法，其特征在于： 所述步骤2)包括以下子步骤： 2. 1)利用布尔函数的性质优化运算（a*b) Θ (...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，陈运，万武南，
申请(专利权)人：成都信息工程学院，
类型：发明
国别省市：四川;51