一种轻量级TWINE密码硬件优化实现研究

随着物联网的广泛应用,如何有效实现轻量级密码算法成为近年的研究热点。对2011年提出的TWINE加密算法进行了硬件优化实现,相同的轮运算只实现一次,采用重复调用方式完成。TWINE算法总共有36轮运算,其中前35轮运算结构相同,可以重复调用实现,而第36轮相比前35轮在结构上少了块混淆,因此原始算法最多只能进行35轮重复调用。直接进行36轮循环调用运算,同时在36轮循环运算完成后构造一个块混淆逆运算,运算一次块混淆逆运算即可使输出密文正确。这样使TWINE最后的第36轮不必重新实现,而是直接复用前面可重复轮函数模块,只需增加一个比原始算法最后一轮运算相对简单的块混淆逆运算。下载到FPGA上的实验结果表明,优化后的TWINE密码算法在面积上减少了2204个Slices,系统速率提高了5倍。     

Magpie:一种高安全的轻量级分组密码算法

论文提出了一种新的高安全轻量级密码算法,命名为Magpie.Magpie是基于SPN结构,分组长度为64位,密钥长度为96位,包含32轮运算.Magpie密码算法包括两个部分:运算部分和控制部分.运算部分,每轮运算包括五个基本运算模块:常数加,S盒变换,行移位,列混合,轮密钥加.控制部分,将密钥的第65位到96位作为Magpie加密算法的控制信号,其中密钥第65位到第80位作为S盒变换控制信号,第81位到第96位值作为列混合,行移位变换和每轮运算的控制信号.在Xilinx Virtex-5 FPGA上实现面积仅为10679 Slices,加密速率为6.4869Gb/s.     

EPCBC密码算法的FPGA优化实现研究

针对资源约束的智能卡加密需要小面积实现的问题,对EPCBC加密算法从硬件上实现面积优化进行了如下研究:1)相同运算只实现一次,主程序调用32次完成加密;2)对S盒变换和密钥变换使用同一寄存器,从而节省寄存器数量;3)把密文轮操作和密钥更新放在一个模块中。通过FPGA优化结果表明,EPCBC密码算法实现面积大幅度减小,优化率达到56%,同时加密运算性能也没有降低,从而为开发受资源约束的智能卡密码硬件提供可行方案。     

PRESENT密码硬件语言实现及其优化研究

PRESENT密码算法是2007年提出来的一种轻量级分组密码算法,适合于物联网环境下的安全加密.研究了PRES-ENT密码算法结构,在原算法结构基础上优化了密钥扩展的实现方法,把密钥扩展不在原算法图的右边实现,而是放入轮运算中.在硬件实现上,31轮重复运算只实现一次,采用31次调用完成,从而可以大幅节约PRESENT密码实现面积.最后,对PRESENT密码的各核心模块进行了Verilog HDL实现,并分模块进行了测试数据验证.经FPGA综合下载后,实验结果表明优化的PRESENT密码硬件语言实现正确,面积相对原始算法更少.     

轻量级密码算法LBlock的FPGA优化实现

LBlock密码算法是我国学者吴文玲和张蕾在ACNS2011提出的轻量级分组加密算法.论文对LBlock加密算法的硬件优化实现进行了研究,一方面将相同运算用一个模块设计完成,通过主程序重复调用完成加密;另一方面将轮操作和密钥更新放在同一个模块中并行执行,而且使用相同寄存器完成S盒变换和密钥变换,这样既可以不影响加密速度,又不需要将密钥更新中间结果另存,有效地节省寄存器的使用开销.然后分模块进行实现并仿真实验,和进行整体正确性实验验证.通过实验,验证论文所用优化方法可以较大幅度减少 LBlock 密码算法的实现面积, slices占用比减少了14%, LUT占用比减少了32%.在VIRTEX 5下的系统吞吐率为14.53Gb/s,更能有效满足较小芯片面积的应用需求,给当前的物联网加密提供参考.