一种基于RISC-V的SM3密码算法优化方法技术

技术编号：40401369 阅读：7 留言：0更新日期：2024-02-20 22:26

本发明专利技术公开了一种基于RISC‑V的SM3密码算法优化方法，该方法基于RISC‑V密码学扩展指令中的sm3p0和sm3p1指令，用Verilog代码描述生成对应的逻辑电路，设计SM3指令功能单元，然后将其集成到开源RISC‑V处理器，使得处理器硬件面积大约增加10%，SM3算法的吞吐量至少提高1倍。在消息扩展过程使用SM3指令功能单元执行sm3p1指令，n个消息分组能减少364×n条指令；在迭代压缩过程使用SM3指令功能单元执行sm3p0指令，n个消息分组能减少448×n条指令。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息安全领域，具体是一种基于risc-v的sm3密码算法优化方法。

技术介绍

1、国家商用密码算法是由我国自主研制的一系列数据加密、认证算法，包括sm2、sm3、sm4和sm9等算法。这些密码算法在网络与信息安全系统中发挥着越来越重要的作用。sm3密码杂凑算法于2012年由国家密码管理局发布为密码行业标准，2016年转化为国家标准，2018年正式成为国际标准。sm3算法适用于商用密码应用中的数字签名和验证、消息认证码的生成与验证以及随机数的生成，可满足多种密码应用的安全需求。随着我国信息技术产业的技术升级，sm3算法的高速实现受到工业界高度关注。

2、risc-v是一种新兴的开源精简指令集架构，由加州大学伯克利分校在2010年首次发布，具有开源、免费、开放的特点，支持第三方的扩展。risc-v预留了大量的指令编码空间用于用户的自定义扩展，用户可以扩展自己的指令子集。近年来，对于risc-v的研究已成为学术界和工业界的一大热点。目前，如何将risc-v与国密算法相结合受到人们的广泛关注。

3、国家正在大力发展risc-v产业，将国家商用密码算法应用在risc-v架构上对国家商用密码算法的推广应用起到了积极的作用。2019年，stoffelen用rv32i指令集在risc-v上首次优化汇编实现基于查找表的aes、比特切片aes、chacha和keccak-f三个密码算法[1]。2020年，marshall等人探索了现有的指令集扩展(ise)设计，在32位和64位的risc-vcpu内核上实现并评

4、目前硬件实现sm3算法需要付出较高的成本，而软件实现的速度较慢，且吞吐率低。相对于单独的软件或硬件优化，两者的协同优化往往会带来更好的适用性和扩展性，能在有限的硬件代价中最大化对软件的加速。这种协同优化通常被应用于硬件与软件间的桥梁——指令集。risc-v在工业界和学术界是研究热点之一，但是缺少sm3算法在risc-v上实现的数据，因此如何在risc-v上使用密码学扩展指令实现sm3算法是现在需要解决的问题。

5、参考文献：

6、[1]stoffelen k.efficient cryptography on the risc-v architecture[c].international conference on cryptology and information security in latinamerica.cham:springer,2019:323-340；

7、[2]marshall b,newell g r,page d,et al.the design of scalar aesinstruction set extensions for risc-v[j].iacr transactions on cryptographichardware and embedded systems,2020,2021(1):109-136；

8、[3]marshall b,page d,pham t h.alightweight ise for chacha on risc-v[c].2021ieee 32nd international conference on application-specific systems,architectures and processors(asap),2021:25-32；

9、[4]陈锐,李冰,刘向东.基于rsic-v指令扩展的低开销sm4算法设计与实现[j].电子器件,2021,44(1):108-113；

10、[5]孙子婷,韩跃平,唐道光.基于risc-v的sm2点乘运算协处理器设计[j].单片机与嵌入式系统应用,2023,23(8):28-31；

11、[6]王汉宁,孙浩,邓辰辰等.面向sm3算法的高性能fpga实现[j/ol].微电子学与计算机,2023(07):105-110[2023-12-15].https://doi.org/10.19304/j.issn1000-7180.2022.0664；

12、[7]郑佳乐,韩跃平,唐道光.fpga平台sm3密码杂凑算法的优化设计[j].单片机与嵌入式系统应用,2023,23(05):33-36,39；

13、[8]方轶,丛林虎,邓建球等.基于fpga的sm3算法快速实现方案[j].计算机应用与软件,2020,37(06):259-262；

14、[9]陈博宇,王宏.基于fpga的sm3算法的优化实现[j].信息技术,2018,42(07):143-147。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是提供一种基于risc-v的sm3密码算法优化方法，旨在解决sm3密码算法硬件实现时资源开销大，软件实现时速度慢的问题。

2、实现本专利技术目的的技术方案是：

3、一本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于RISC-V的SM3密码算法优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于RISC-V的SM3密码算法优化方法，其特征在于，步骤(3)所述在消息扩展过程使用SM3指令功能单元执行sm3p1指令，具体过程如下：

3.根据权利要求1所述的基于RISC-V的SM3密码算法优化方法，其特征在于，步骤(4)所述在迭代压缩过程使用SM3指令功能单元执行sm3p0指令，具体过程如下：

【技术特征摘要】

1.一种基于risc-v的sm3密码算法优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于risc-v的sm3密码算法优化方法，其特征在于，步骤(3)所述在消息扩展过程使用sm3指令...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁马杰，韦永壮，叶涛，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：

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