基于SIMD思想的SM4流水线优化设计

作     者：陈昆明 王佳慧 马利民 张伟 梁兆熙 Chen Kunming;Wang Jiahui;Ma Limin;Zhang Wei;Liang Zhaoxi

作者机构：北京信息科技大学计算机学院北京100101 国家信息中心信息与网络安全部北京100045 国家计算机网络应急技术处理协调中心北京100029 

基　　金：国家重点研发计划项目(2020YFC1522702) 北京材料基因工程高精尖创新中心项目 

出 版 物：《信息安全研究》 (Journal of Information Security Research)

年 卷 期：2023年第9卷第9期

页      码：832-842页

摘      要：SM4算法是我国商用密码标准,广泛应用于信息安全领域.由于SM4实现需要多次迭代和循环,所以SM4算法适合用硬件来实现.提出了一种基于ROM的并行S盒设计,面向SM4 ECB模式轮密钥更新的流水线结构,并且在此流水线基础上基于SIMD思想,对流水线结构进一步优化,减少了轮密钥生成的任务开销,实现了单轮密钥生成,多加解密数据流同时运算.提出的ROM流水线结构相比LUT流水线结构、BRAM流水线结构,降低了硬件资源使用,吞吐量分别提高了1.33倍和1.46倍;相比BRAM+寄存器流水线结构,节省了大量寄存器资源,而吞吐量没有明显下降.SIMD流水线结构当为1轮密钥生成4路加解密结构时,资源消耗仅为ROM流水线结构的2.5倍,效率提高了4倍.

主 题 词：SM4算法 流水线结构 S盒设计 SIMD 轮密钥优化 

学科分类：08[工学] 081201[081201] 0812[工学-测绘类] 

D　O　I：10.12379/j.issn.2096-1057.2023.09.02

馆 藏 号：203123372...