應(yīng)用于移動支付的小面積高性能AES-SMS4-DES復(fù)用電路設(shè)計.pdf

1、移動支付在流行的同時也帶來方方面面的問題，例如木馬病毒、黑客以及騙錢軟件的攻擊，所以移動支付需要多方面的安全措施進(jìn)行保障，最可行的方法還是硬件實現(xiàn)的加密算法。硬件加密算法多種多樣，基于應(yīng)用環(huán)境的多樣性，需要選擇不同的密碼算法。同時移動支付芯片對面積成本約束較為苛刻，所以如何在一塊芯片上小面積高性能地實現(xiàn)多種加密算法便成了移動支付安全領(lǐng)域亟待解決的問題。為了解決這兩個問題，并且滿足移動支付領(lǐng)域?qū)π酒O(shè)計的小面積低成本要求，本文實現(xiàn)SMS4

2、/AES/DES算法的IP復(fù)用電路。在支持多種算法的同時，具有小面積高性能低成本的優(yōu)勢。首先，針對SMS4算法，AES算法，DES算法迭代運(yùn)算的特點，對AES/SMS4/DES循環(huán)迭代電路進(jìn)行了復(fù)用設(shè)計，減小了算法實現(xiàn)面積，降低了流片成本。
　　然后針對AES算法SMS4算法的SBOX都是基于乘法逆元，仿射映射的計算方式，唯一不同的是同構(gòu)映射矩陣不同，對AES/SMS4的SBOX進(jìn)行了復(fù)用，對芯片的面積進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，并且復(fù)用

3、后的SBOX抗旁路攻擊的性能更優(yōu)。
　　同時由于對稱加解密算法每輪迭代過程只使用了一次輪密鑰，對輪密鑰的生成采取了動態(tài)生成的方式，即在當(dāng)前輪操作時產(chǎn)生當(dāng)前輪密鑰，傳統(tǒng)預(yù)計算方式是先將所有輪密鑰都產(chǎn)生然后存放在RAM里，在每輪操作時將該輪密鑰取出來。輪密鑰動態(tài)生成方式與傳統(tǒng)輪密鑰預(yù)計算方式相比，節(jié)省了RAM的面積，加密過程無需等待所有輪密鑰計算完成即可開始加密。
　　文章基于Xilinx Virtex-6 FPGA對各電路設(shè)計

4、進(jìn)行了FPGA實現(xiàn)并做出性能分析，與國內(nèi)外最新研究對比，本文所設(shè)計AES、DES、SMS4以及IP復(fù)用電路在較小面積開銷的情況下，F(xiàn)PGA最大吞吐率可分別達(dá)到2.04Gbps、3.37Gbps、2.68Gbps、1.21Gbps，使用邏輯單元數(shù)量僅為2318個，相比較與相關(guān)文獻(xiàn)的實現(xiàn)方式，F(xiàn)PGA資源占用率大幅度降低。
　　本文基于SMIC130nm CMOS標(biāo)準(zhǔn)單元庫對各電路設(shè)計進(jìn)行ASIC實現(xiàn)并做出性能分析，與國內(nèi)外最新研究對