專利名稱：一種適用于mips處理器的aes加密單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于MIPS處理器的AES加密單元電路。
背景技術(shù)：
在當(dāng)代，隨著信息化的不斷深入，越來越多的信息將暴露在公開的媒介中。為了保護(hù)那些敏感信息，各種密碼算法被應(yīng)用到無線網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域中。然而，通信設(shè)備尤其是便攜式設(shè)備相對(duì)有限的處理能力已無法滿足日益增大的數(shù)據(jù)量的需求。專用集成電路(ASIC)的解決方案可以滿足速度上的要求，但是這種方案缺乏靈活性和可配置性。而通用處理器具有很好的靈活性，但速度較慢。 一種折中的方案可以很好的處理這個(gè)問題，那就是在通用處理器中添加能夠高效處理密碼學(xué)運(yùn)算的專用單元。這種集成了專用加密功能單元的可編程處理器可以很好的應(yīng)付高強(qiáng)度的密碼學(xué)運(yùn)算。 分組密碼一直是密碼學(xué)中重要的加密技術(shù)，被廣泛的應(yīng)用在數(shù)據(jù)的加密傳輸和加密儲(chǔ)存上，它在很多的密碼系統(tǒng)中都處于核心地位。于2001年被美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會(huì)NIST定為美國(guó)政府新的加密標(biāo)準(zhǔn)的AES (Advanced Encryption Standard)算法是一種常見的分組密碼算法，其應(yīng)用場(chǎng)合見于諸多安全領(lǐng)域。AES是以塊為單位對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。AES算法允許的數(shù)據(jù)塊和密鑰塊的長(zhǎng)度為128， 192或256位，在AES標(biāo)準(zhǔn)算法中采用的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為128位，密鑰長(zhǎng)度可為128， 192或256位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于MIPS處理器的AES加密單元，能集成于MIPS處理器中，加速AES算法的計(jì)算，同時(shí)顯著地降低硬件成本。 本發(fā)明提出的適用于MIPS處理器的AES加密單元執(zhí)行密鑰長(zhǎng)度為128位， 一次AES運(yùn)算的時(shí)間為3. 78ms，吞吐率達(dá)到33. 9MHz。如采用中芯國(guó)際(SMIC)O. 13iim標(biāo)準(zhǔn)CM0S工藝進(jìn)行邏輯綜合，最高時(shí)鐘頻率可達(dá)到125MHz，核心電路等效門為18K。
AES算法是一種迭代的算法，每一次迭代可以稱為一輪(Round)，本發(fā)明中的專用加密功能單元所采用的數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度是實(shí)際應(yīng)用中最常見的128位，其加密輪數(shù)為10。 AES算法的加密流程如附圖5所示，其主要運(yùn)算包括行變換(ShiftRow)、字節(jié)替換(SubByte)和列混合(MixColumn)運(yùn)算。第1至9輪需要順次經(jīng)過這三種變換運(yùn)算，而最后一輪不需要進(jìn)行列混合變換。AES解密流程則是加密過程的完全逆過程，即第1輪只進(jìn)行逆行變換和逆字節(jié)替換，第2至10輪每輪都要順次經(jīng)過逆列混合運(yùn)算、逆行變換和逆字節(jié)替換，如附圖6所示。 下面分別闡述以上幾個(gè)基本操作步驟的硬件實(shí)現(xiàn)方式 行變換就是將128位輸入數(shù)據(jù)的位置以某種規(guī)律進(jìn)行重新排布以組成一個(gè)新的128位數(shù)據(jù)，這在硬件電路中就是用簡(jiǎn)單的硬連線實(shí)現(xiàn)的； 字節(jié)替換單元的實(shí)現(xiàn)方法一般有兩種，一是查找表，二是有限域運(yùn)算。為了減小硬件實(shí)現(xiàn)面積，本發(fā)明字節(jié)替換單元采用了有限域計(jì)算的方法來實(shí)現(xiàn)。即將原本在GF(28)域的求逆計(jì)算，轉(zhuǎn)換到GF(24)域?qū)崿F(xiàn)。由于GF(24)域的運(yùn)算相對(duì)簡(jiǎn)單，就可以快速而有效的進(jìn)行GF(28)域上的求逆運(yùn)算。 本發(fā)明中的字節(jié)替換單元既可以進(jìn)行字節(jié)替換運(yùn)算，也可以進(jìn)行逆字節(jié)替換運(yùn)
算，由2個(gè)多路選擇器來控制其工作模式，整個(gè)字節(jié)替換模塊的面積僅為IIK等效門。字節(jié)
替換模塊的結(jié)構(gòu)如附圖2所示，它由映射單元11，逆仿射及映射單元12，第六和第七多選器
13、 17， GF(24)2域上求逆單元14，逆映射單元15，逆映射及仿射單元16組成，其中 映射單元11 ，將GF (28)域上的8位輸入數(shù)據(jù)映射到復(fù)合域GF (24)2上，輸出送入第
六多路選擇器13 ; 逆仿射及映射單元12，它將逆仿射矩陣和映射矩陣合并，在解密時(shí)將輸入的8位輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行逆仿射運(yùn)算并且映射到復(fù)合域GF(2"s上，輸出結(jié)果送入第六多路選擇器13 ;
第六多路選擇器13，它的輸入為逆仿射及映射單元12的輸出和映射單元11的輸出，控制信號(hào)為模式信號(hào)(AES加密、AES解密)，根據(jù)模式信號(hào)選擇相應(yīng)的輸入作為輸出結(jié)果送入GF (24)2域上求逆單元14，具體說來加密時(shí)選擇映射單元的輸出，解密時(shí)選擇逆仿射及映射單元的輸出； GF (24)2域上求逆單元14，它將輸入的數(shù)據(jù)在GF (24)2域上求逆，并將輸出結(jié)果送入逆映射單元15和逆映射及仿射單元16中。 逆映射單元15，它將復(fù)合域GF(2Y上的輸入數(shù)據(jù)變換成GF(28)域上的數(shù)據(jù)，結(jié)果送入第七多選器17 ; 逆映射及仿射單元16，它將復(fù)合域GF(2Y上的輸入數(shù)據(jù)變換成GF(28)域上的數(shù)據(jù)并且將其進(jìn)行仿射運(yùn)算，輸出結(jié)果送入第七多路選擇器17中； 第七多路選擇器17，它的輸入為逆映射單元的輸出和逆映射及仿射單元的輸出，控制信號(hào)為模式信號(hào)，根據(jù)模式信號(hào)選擇相應(yīng)的輸入作為輸出結(jié)果，具體說來加密時(shí)選擇逆映射及仿射單元的輸出，解密時(shí)選擇逆映射單元的輸出。 列混合運(yùn)算在加密和解密時(shí)所乘的矩陣是不同的，如果分別用兩塊硬件來實(shí)現(xiàn)，那么將提高該模塊總體的硬件成本。為此，本發(fā)明將解密時(shí)所乘矩陣拆分兩個(gè)矩陣的乘積，如下式所示，其中式子右面的第一個(gè)矩陣恰好是加密時(shí)所乘的矩陣。這樣解密時(shí)的列混合運(yùn)算就可以拆分為加密時(shí)的列混合運(yùn)算和預(yù)處理運(yùn)算兩個(gè)部分。
{06}，}{09}、{03}{01}{01}、、05}{00}{04}{00}、
{09}{0e}辯}{(W}{01}{02}{03}{01}{00}卿{00}{04}闊{09}{Oe}{06}{01}{01}{02}卿{04}{00}{05}{00}
闊{09}{0叱、{03}{01}{01}卿J、{00}{04}{00}{05} J
列混合(解密模式) 列混合(加密) 預(yù)處理 基于以上原理，本發(fā)明中的列混合單元由第八多路選擇器18，列混合矩陣單元19和預(yù)處理單元20組成，其中 第八多路選擇器18，它的輸入為32位的輸入數(shù)據(jù)和預(yù)處理單元20的輸出，控制信號(hào)為模式信號(hào)，具體來說，加密時(shí)選擇32位的輸入數(shù)據(jù)，解密時(shí)選擇預(yù)處理單元20的輸出作為輸出結(jié)果送入列混合矩陣單元； 列混合矩陣單元19，它將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行列混合運(yùn)算，輸出作為最后的結(jié)果；
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預(yù)處理單元20，它的輸入為32位的輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)處理運(yùn)算后將結(jié)果送入第八 多路選擇器18。 本發(fā)明中的AES專用加密單元采用兩級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，如附圖1所示該單元由第一、 第二、第三、第四和第五多選器1、3、6、8、10，字節(jié)替換單元2，第一和第二64位寄存器4、9， 異或單元5，列混合單元7組成，其中 第一多路選擇器1，輸入為明文與輪密鑰異或的128位輸出和第一 64位寄存器4 的輸出，根據(jù)控制信號(hào)(AES加密、AES解密和運(yùn)算開始信號(hào))，選擇64位輸出到字節(jié)替換單 元； 字節(jié)替換單元2，它將第一多路選擇器1的輸出在有限域上進(jìn)行字節(jié)替換，將替換 后的結(jié)果輸出到第二多路選擇器3、第四多路選擇器8和第五多路選擇器10 ;
第二多路選擇器3，輸入為字節(jié)替換單元2的64位輸出和列混合單元7的64位輸 出，選擇控制信號(hào)為模式信號(hào)(AES加密、AES解密)。根據(jù)模式信號(hào)，加密運(yùn)算則將字節(jié)替 換單元2的輸出結(jié)果輸入到第一 64位寄存器4 ;解密運(yùn)算則將列混合單元7的輸出結(jié)果輸 入到第一64位寄存器4中； 第一 64位寄存器4，輸入為第二多路選擇器3的輸出，它將這一結(jié)果擋一拍時(shí)鐘再 輸出到第一多路選擇器1和第三多路選擇器6，以減小關(guān)鍵路徑延時(shí)；
異或單元5，將明文和輪密鑰異或； 第三多路選擇器6，輸入為明文與輪密鑰異或的128位輸出和第一 64位寄存器的 輸出，選擇控制信號(hào)為模式信號(hào)(AES加密、AES解密信號(hào))和運(yùn)算開始信號(hào)，選擇64位輸 出到列混合單元； 列混合單元7，它將第三多路選擇器的輸出結(jié)果進(jìn)行列混合運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送入第 二多路選擇器、第四多路選擇器和第五多路選擇器； 第四多路選擇器8，輸入為字節(jié)替換單元的輸出和列混合單元的輸出，控制信號(hào)為 模式信號(hào)，加密則將列混合單元的結(jié)果送入第二 64位寄存器，解密則將字節(jié)替換單元的結(jié) 果送入第二 64位寄存器； 第二 64位寄存器9，它將每輪中第一個(gè)64位的加密結(jié)果儲(chǔ)存，使能信號(hào)為運(yùn)算開 始信號(hào)存儲(chǔ)兩個(gè)時(shí)鐘周期后的脈沖信號(hào)； 第五多路選擇器IO，輸入為字節(jié)替換單元的64位輸出、列混合單元的64位輸出、 明文與輪密鑰異或的128位輸出和第二 64位寄存器的鎖存結(jié)果，控制信號(hào)為模式信號(hào)和異
或判斷信號(hào)，異或則直接選擇明文與輪密鑰的異或結(jié)果作為最后輸出，加密則選擇列混合 單元的輸出和第二64位寄存器的鎖存結(jié)果作為最后的輸出，解密則選擇字節(jié)替換單元的 輸出和第二 64位寄存器的鎖存結(jié)果作為最后的輸出。 本發(fā)明中AES加密單元由第一 64位寄存器將整個(gè)AES加密單元分為兩級(jí)，AES加 密單元內(nèi)部數(shù)據(jù)以64位為基準(zhǔn)，由5個(gè)多路選擇器(MUX)根據(jù)模式控制信號(hào)來控制數(shù)據(jù)在 AES加密單元內(nèi)的流動(dòng)。選擇2級(jí)流水線結(jié)構(gòu)是在芯片面積與速度間的一種折中。
由于字節(jié)替換單元的面積占據(jù)了整個(gè)AES加密單元面積中的大部分，因此根據(jù)本 發(fā)明中的字節(jié)替換單元應(yīng)當(dāng)具有較小的面積，并且即可以進(jìn)行字節(jié)替換運(yùn)算又可以進(jìn)行逆 字節(jié)替換運(yùn)算。本發(fā)明中的字節(jié)替換單元采用了有限域計(jì)算的方法來實(shí)現(xiàn)，由2個(gè)多路選 擇器來控制單元的工作方式，這樣整個(gè)字節(jié)替換單元只需要約iooo等效門，大大降低了芯片的面積。 AES單元中的列混合單元也應(yīng)當(dāng)具有比較小的芯片面積，并且即可以進(jìn)行列混合 運(yùn)算，也可以進(jìn)行逆列混合運(yùn)算。本發(fā)明中的列混合單元將逆列混合運(yùn)算拆分為預(yù)處理運(yùn) 算和列混合運(yùn)算兩部分，即在逆列混合運(yùn)算時(shí)復(fù)用了列混合運(yùn)算的模塊，有效降低了硬件 成本。


圖1AES加密單元中字節(jié)替換單元結(jié)構(gòu)圖。
圖2AES加密單元中列混合單元結(jié)構(gòu)圖。
圖3AES加密單元結(jié)構(gòu)圖。 圖4AES加密單元在MIPS處理器中集成方法示意圖。
圖5AES加密流程圖。
圖6AES解密流程圖。 圖中標(biāo)號(hào)1為第一多選器，2為字節(jié)替換單元，3為第二多選器，4為第一 64位寄 存器，5為異或門，6為第三多選器，7為列混合單元，8為第四多選器，9為第二 64位寄存器， 10為第五多選器，11為映射單元，12為逆仿射及映射單元，13為第六多選器，14為GF(24)2 域上求逆單元，15為逆映射單元，16為逆映射及仿射單元，17為第七多選器，18為第八多選 器，19為列混合矩陣單元，20為預(yù)處理單元，21為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，22為數(shù)據(jù)緩存，23為第九多 選器，24為第一寄存器，25為意外控制單元，26為算術(shù)邏輯單元，27為譯碼單元，28為取指 單元，29為指令緩存，30為指令存儲(chǔ)器，31為第二寄存器，32為AES加密單元。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明中AES專用加密模塊在MIPS處理器中集成方法如附圖4所示，下面結(jié)合其 他幾個(gè)附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明。 本發(fā)明具有2種工作模式AES加密和AES解密。因此，本發(fā)明在MIPS處理器中 引入4條專用指令，分別是AES_ld， AES_st， AES_start和AES_st_last。這四條指令都為 原MIPS指令集中所保留而未使用的指令，它們的指令編碼分別為
AES_ld : 111100xx_xxxxxxxx_xxxxxxxx_xxxxxxxx
AES_st : 11110lxx_xxxxxxxx_xxxxxxxx_xxxxxxxx AES_st_last :llllllxx—xxxxxxxx—xxxxxxxx—xxxxxxxx
AES_start : lllllOxx—xxxxxxxx—xxxxxxxx—xxxxxxxx
其中 AESJd指令將數(shù)據(jù)和輪密鑰按順序從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器21中通過數(shù)據(jù)緩存22和多選器 23送入寄存器31中。 AES_start通過譯碼單元27指令給出start脈沖信號(hào)，送到AES加密單元，使得 AES加密單元開始工作，同時(shí)指令的最后三位給出AES加密單元的工作模式，具體來說
100 :AES加密操作；
101 :AES第IO輪加密；
000 :AES解密操作；
001 :AES第1輪解密；
xlx :異或運(yùn)算； 在start脈沖信號(hào)進(jìn)入AES單元之后，AES單元中的五個(gè)多路選擇器根據(jù)工作模 式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。 當(dāng)進(jìn)行AES加密操作時(shí)，AES—start指令的最后3位為100。 128位明文先與輪密 鑰進(jìn)行異或運(yùn)算，之后第一多路選擇器1選擇出64位數(shù)據(jù)(行變換在這一步完成)送人字 節(jié)替換模塊2，之后第二多路選擇器3將字節(jié)替換單元2的結(jié)果送到64位寄存器4中，記 這一結(jié)果為statel。 一個(gè)周期之后start脈沖消失，這時(shí)第一選擇器1選擇另外64位數(shù) 據(jù)，并將其送入字節(jié)替換單元，之后第二多路選擇器3將選擇字節(jié)替換的結(jié)果送入64位寄 存器4中，記這一結(jié)果為state2 ;與此同時(shí)，statel在時(shí)鐘上升沿之后被送入第三多路選擇 器6，選擇器將statel送入列混合模塊中進(jìn)行列混合運(yùn)算，之后由第四多路選擇器將列混 合運(yùn)算后的結(jié)果送入第二64位寄存器9中進(jìn)行鎖存，此時(shí)start—reg信號(hào)為低電平有效信 號(hào)。再一個(gè)時(shí)鐘周期后，state2也將通過64位寄存器被第三多路選擇器6送入列混合模 塊中進(jìn)行列混合運(yùn)算，結(jié)果送入第五多路選擇器10，同時(shí)64位寄存器9也將上一周期的列
混合運(yùn)算結(jié)果送入第五多路選擇器io，第五多路選擇器將這兩個(gè)結(jié)果以字節(jié)為單位重新排
布為一個(gè)128位的數(shù)據(jù)后送到輸出，即為本輪最后的加密結(jié)果。如果是最后一輪加密操作， 即AES_Start指令的后三位是101，那么列混合模塊將讓輸入數(shù)據(jù)直接穿過至輸出，而不進(jìn) 行列混合運(yùn)算。 對(duì)于AES解密操作，AES—start指令的最后3位為000。 128位明文先與輪密鑰進(jìn) 行異或運(yùn)算，之后第三多路選擇器6選擇出64位數(shù)據(jù)(行變換在這一步完成)送入列混合 模塊7，之后第二多路選擇器3將列混合模塊7的結(jié)果送到64位寄存器4中，記這一結(jié)果為 state3。 一個(gè)周期之后start脈沖消失，這時(shí)第三多路選擇器6選擇另外64位數(shù)據(jù)，并將 其送入列混合模塊7，之后第二多路選擇器3將選擇列混合的結(jié)果送入第一 64位寄存器4 中，記這一結(jié)果為state4 ;與此同時(shí)，state3在時(shí)鐘上升沿之后被送入第一多路選擇器1， 選擇器將state3送入字節(jié)替換模塊2中進(jìn)行逆字節(jié)替換操作，之后由第四多路選擇器8將 逆字節(jié)替換后的結(jié)果送入第二 64位寄存器9中進(jìn)行鎖存，此時(shí)start—reg信號(hào)為低電平有 效信號(hào)。再一個(gè)時(shí)鐘周期后，state2也將通過64位寄存器被第一路選擇器1入字節(jié)替換模 塊中進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果送入第五多路選擇器10，同時(shí)第二 64位寄存器9也將上一周期的逆字 節(jié)替換運(yùn)算結(jié)果送入第五多路選擇器IO，第五多路選擇器將這兩個(gè)結(jié)果以字節(jié)為單位重新 排布為一個(gè)128位的數(shù)據(jù)后送到輸出，即為本輪最后的解密結(jié)果。如果是第一輪解密操作， 即AES_Start指令的后三位是001，那么列選擇模塊將讓輸入數(shù)據(jù)直接穿過至輸出，而不進(jìn) 行列混合運(yùn)算。 當(dāng)只進(jìn)行密鑰與數(shù)據(jù)的異或運(yùn)算，即AES_Start的倒數(shù)第二位為1時(shí)，第五多路選 擇器將異或門5的輸出直接送到模塊的輸出。 AES加密單元每一輪產(chǎn)生的加解密結(jié)果都以word為單位由AES_st和AES_st_ last指令分四次送回到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器21中，其中AES_st_last指令為最后一次存儲(chǔ)操作，它 將產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)將AES加解密模塊內(nèi)的一些寄存器狀態(tài)位清0。
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權(quán)利要求
一種適用于MIPS處理器的AES加密單元，能夠完成AES加/解密運(yùn)算，米用2級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，其特征在于由第一、第二、第三、第四和第五多選器(1、3、6、8、10)，字節(jié)替換單元(2)，第一和第二64位寄存器(4、9)，異或單元(5)，列混合單元(7)組成，其中第一多路選擇器(1)，輸入為明文與輪密鑰異或的128位輸出和第一64位寄存器(4)的輸出，根據(jù)控制信號(hào)，選擇64位輸出到字節(jié)替換單元；字節(jié)替換單元(2)，它將第一多路選擇器(1)的輸出在有限域上進(jìn)行字節(jié)替換，將替換后的結(jié)果輸出到第二多路選擇器(3)、第四多路選擇器(8)和第五多路選擇器(10)；第二多路選擇器(3)，輸入為字節(jié)替換單元(2)的64位輸出和列混合單元(7)的64位輸出，選擇控制信號(hào)為模式信號(hào)；根據(jù)模式信號(hào)，加密運(yùn)算則將字節(jié)替換單元(2)的輸出結(jié)果輸入到第一64位寄存器(4)；解密運(yùn)算則將列混合單元(7)的輸出結(jié)果輸入到第一64位寄存器(4)中；第一64位寄存器(4)，輸入為第二多路選擇器(3)的輸出，它將這一結(jié)果擋一拍時(shí)鐘再輸出到第一多路選擇器(1)和第三多路選擇器(6)，以減小關(guān)鍵路徑延時(shí)；異或單元(5)，將明文和輪密鑰異或；第三多路選擇器(6)，輸入為明文與輪密鑰異或的128位輸出和第一64位寄存器的輸出，選擇控制信號(hào)為模式信號(hào)和運(yùn)算開始信號(hào)，選擇64位輸出到列混合單元；列混合單元(7)，它將第三多路選擇器的輸出結(jié)果進(jìn)行列混合運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果送入第二多路選擇器、第四多路選擇器和第五多路選擇器；第四多路選擇器(8)，輸入為字節(jié)替換單元的輸出和列混合單元的輸出，控制信號(hào)為模式信號(hào)，加密則將列混合單元的結(jié)果送入第二64位寄存器，解密則將字節(jié)替換單元的結(jié)果送入第二64位寄存器；第二64位寄存器(9)，它將每輪中第一個(gè)64位的加密結(jié)果儲(chǔ)存，使能信號(hào)為運(yùn)算開始信號(hào)存儲(chǔ)兩個(gè)時(shí)鐘周期后的脈沖信號(hào)；第五多路選擇器(10)，輸入為字節(jié)替換單元的64位輸出、列混合單元的64位輸出、明文與輪密鑰異或的128位輸出和第二64位寄存器的鎖存結(jié)果，控制信號(hào)為模式信號(hào)和異或判斷信號(hào)，異或則直接選擇明文與輪密鑰的異或結(jié)果作為最后輸出，加密則選擇列混合單元的輸出和第二64位寄存器的鎖存結(jié)果作為最后的輸出，解密則選擇字節(jié)替換單元的輸出和第二64位寄存器的鎖存結(jié)果作為最后的輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MIPS處理器的AES加密單元，其特征在于所述的字 跡替換單元由映射單元(ll)，逆仿射及映射單元(12)，第六和第七多選器(13、17)，GF(24)2 域上求逆單元(14)，逆映射單元(15)，逆映射及仿射單元(16)組成，其中映射單元(11)，將GF(28)域上的8位輸入數(shù)據(jù)映射到復(fù)合域GF(2Y上，輸出送入第六 多路選擇器(13);逆仿射及映射單元(12)，它將逆仿射矩陣和映射矩陣合并，在解密時(shí)將輸入的8位輸 入數(shù)據(jù)進(jìn)行逆仿射運(yùn)算并且映射到復(fù)合域GF(2"s上，輸出結(jié)果送入第六多路選擇器(13);第六多路選擇器(13)，它的輸入為逆仿射及映射單元(12)的輸出和映射單元(11)的 輸出，控制信號(hào)為模式信號(hào)，根據(jù)模式信號(hào)選擇相應(yīng)的輸入作為輸出結(jié)果送入GF(2"2域上 求逆單元(14)，其中，加密時(shí)選擇映射單元的輸出，解密時(shí)選擇逆仿射及映射單元的輸出；GF (24)2域上求逆單元(14)，它將輸入的數(shù)據(jù)在GF (24)2域上求逆，并將輸出結(jié)果送入逆映射單元(15)和逆映射及仿射單元(16)中；逆映射單元(15)，它將復(fù)合域GF(2Y上的輸入數(shù)據(jù)變換成GF(28)域上的數(shù)據(jù)，結(jié)果送 入第七多選器(17);逆映射及仿射單元(16)，它將復(fù)合域GF(2"s上的輸入數(shù)據(jù)變換成GF(28)域上的數(shù)據(jù) 并且將其進(jìn)行仿射運(yùn)算，輸出結(jié)果送入第七多路選擇器(17)中；·第七多路選擇器(17)，它的輸入為逆映射單元的輸出和逆映射及仿射單元的輸出，控 制信號(hào)為模式信號(hào)，根據(jù)模式信號(hào)選擇相應(yīng)的輸入作為輸出結(jié)果，其中，加密時(shí)選擇逆映射 及仿射單元的輸出，解密時(shí)選擇逆映射單元的輸出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MIPS處理器的AES加密單元，其特征在于所述的列混 合單元單元由第八多路選擇器(18)，列混合矩陣單元(19)和預(yù)處理單元(20)組成，其中第八多路選擇器(18)，它的輸入為32位的輸入數(shù)據(jù)和預(yù)處理單元(20)的輸出，控制信 號(hào)為模式信號(hào)，其中，加密時(shí)選擇32位的輸入數(shù)據(jù)，解密時(shí)選擇預(yù)處理單元(20)的輸出作 為輸出結(jié)果送入列混合矩陣單元；列混合矩陣單元(19)，它將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行列混合運(yùn)算，輸出作為最后的結(jié)果； 預(yù)處理單元(20)，它的輸入為32位的輸入數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)處理運(yùn)算后將結(jié)果送入第八多 路選擇器(18)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于MIPS處理器的AES加密單元，其特征在于對(duì)應(yīng)于所述 AES加密單元的兩種工作模式AES加密和AES解密，在所述MIPS處理器中引入4條專用指 令A(yù)ES_ld， AES_st， AES_start禾口 AES_st_last ;其中AES—ld指令將數(shù)據(jù)和輪密鑰按順序從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(21)中通過數(shù)據(jù)緩存(22)和多選器 (23)送入寄存器(31)中;AES_start通過譯碼單元(27)指令給出start脈沖信號(hào)，送到AES加密單元，使得AES 加密單元開始工作，同時(shí)指令的最后三位給出AES加密單元的工作模式，其中·100 :AES加密操作；·101 :AES第IO輪加密；·000 :AES解密操作；·001 :AES第1輪解密； Xlx :異或運(yùn)算；AES加密單元每一輪產(chǎn)生的加解密結(jié)果以word為單位由AES_st和AES_st_last指令 分四次送回到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(21)中，其中AES—st—last指令為最后一次存儲(chǔ)操作，它將產(chǎn)生 一個(gè)脈沖信號(hào)將AES加解密模塊內(nèi)的一些寄存器狀態(tài)位清0。
全文摘要
本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種適用于MIPS處理器的AES加密單元。該AES加密單元由5個(gè)多路選擇器、字節(jié)替換單元、異或單元、列混合單元和寄存器組成。該AES加密單元執(zhí)行密鑰長(zhǎng)度為128位，內(nèi)部的字節(jié)替換模塊采用了有限域運(yùn)算的方式實(shí)現(xiàn)，減小了芯片的面積。同時(shí)采用2級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，提高了加密速度，一次AES加/解密運(yùn)算的時(shí)間為3.78ms，吞吐率達(dá)到33.9Mbps。
文檔編號(hào)H04L9/00GK101702709SQ20091019831
公開日2010年5月5日 申請(qǐng)日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月5日
發(fā)明者盧仕聽, 曾曉洋, 王帥, 韓軍 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)