一种基于复合域的SM4算法S盒FPGA实现方法研究

SM4算法是一种国产对称密码算法,在SM4算法的FPGA实现中,经常使用8位完全查找表法或者是复合域方法实现,而这两种方法没有综合考虑面积、计算速度等因素,方案设计过程存在缺陷。因此针对该问题本文研究了几种复合域SM4算法S盒FPGA实现方法的优点及实现过程,分析比较了8比特完全查找表方案、复合域+2比特查找表混合方案这两者之间的优缺点,最终提出了复合域+4比特查找表混合方案实现的SM4⁃Sboxilt⁃LJX方案,此方案综合考虑了实现时的面积、计算速度因素,为三种方案中的最优方案。本文在Quartus软件上验证了三种实现方案的资源占用、最大工作频率、S盒运行时间和功耗,综合四个方面分析比较三种方案的优缺点,证明本文提出的SM4⁃Sboxilt⁃LJX方案是三种方案中的最优SM4算法S盒FPGA实现方案。

汽车子结构的复合域拓扑优化

提出一种复合域拓扑优化方法以控制结构设计子域的不同材料数量分布。以汽车前端结构和车架为例,研究汽车子结构中复合域拓扑优化问题。比较分析表明,采用该方法设计的汽车前端碰撞能量控制结构吸能量提高,吸能时间延长,正面碰撞时结构所受的撞击力降低;而用该方法设计的带X形横梁的汽车车架,与常规车架相比,固有频率提高,振动状况改善。说明所提出的复合域拓扑优化方法是可行而有效的。

基于复合域上的椭圆曲线密码体制的计算算法

基于有限域上椭圆曲线公开密钥协议的离散对数计算算法正日益成为热点 .其基本的操作是标量乘法 :即用一整数乘以椭圆曲线上给定的点 P.协议的主要开销在于椭圆曲线的标量乘操作上 .本文给出 3个算法进行椭圆曲线密码系统的有效计算 .第一个算法采用加 -减法链的方法处理标量乘法问题 ;第二个算法给出了正整数 n的 NAF形式 ;第三个算法采用窗口的方法处理 NAF(n)从而进一步提高加 -减法链的效率 .这三个算法的有机结合从很大程度上提高了椭圆曲线密码体制的加 /解密速度 .

复合域算法的AESS盒电路实现

提出一种基于复合域算法的全定制AES S盒架构,采用传输门逻辑实现了精简的、低功耗数据通道电路.在数据通道中插入异步握手电路控制的锁存器以控制信号抖动的传播,达到降低整个S盒功耗的目的.利用插入随机延时链的方法提高了S盒的抗差分功耗分析能力.在0.25μm CMOS工艺下的S盒电路版图后仿真结果表明,本S盒电路具有低功耗、高安全性的优点,并保持复合域S盒电路所具有的面积小的特点.

复合域结构的重构拓扑优化方法设计及应用研究

针对结构与材料拓扑优化子域交互式设计问题,提出了复合域结构的重构拓扑优化(CDRTO)方法。建立了基于均匀化理论的复合域结构拓扑优化问题的数学模型,采用一般连续近似优化算法进行了优化求解,利用复合域子域变量压缩技术提高了计算效率,同时针对求解结果的可制造性问题提出了重构方法。将CDRTO方法应用于X形汽车车架设计和结构与固定装置并行设计两个实际工程设计问题,结果表明该方法具有可行性与有效性。

对称密码中复合域乘法运算可重构设计研究

复合域乘法运算是对称密码算法中的基本运算和重要模块,因操作复杂且计算时间长,其实现性能在很大程度上制约着对称密码算法的运算速度。文章研究了对称密码算法中的复合域乘法运算特点及实现原理,设计了以GF(28)为基域,扩展到GF((28)k)(k=1,2,3,4)域上的复合域乘法可重构架构,通过配置能够灵活高效地实现GF(28)、GF((28)2)、GF((28)3)、GF((28)4)域上的有限域乘法操作。同时结合处理器的指令设计方法,设计了通用的复合域乘法操作及配置指令,能够极大的提高对称密码算法中复合域乘法运算的处理效率。最后文章对复合域乘法可重构架构进行了模拟与验证,在0.18μmCMOS工艺标准单元库下进行逻辑综合以及布局布线,并对综合结果进行了性能评估。结果表明,文章提出的复合域乘法可重构架构及相应的专用指令,在灵活性的前提下提供了较高的执行效率,具有较高的实用价值。

一种基于复合域的ECC的快速乘法器

基于有限域上椭圆曲线公开密匙协议的离散对数计算算法正日益成为热点,而有限域上的计算尤其是乘法计算极大地影响其加/解密速度。基于ECC中有限域乘法的重要性,该文给出了一种复合域GF((2m1)m2)上的快速乘法器。该乘法器采用并行计算和串行计算相结合的原则,增加少量硬件规模将一次有限域乘法的计算速度由原来的m=m2m1个时钟周期降低到m2个时钟周期,从而极大地提高了乘法器的计算速度。

基于复合域的SM4算法的设计与实现

从S盒优化角度入手,提出一种基于复合域的S盒实现方式,通过同构映射矩阵,将GF(28)的有限域求逆运算变到GF(((22)2)2)的复合域上进行,从而降低了计算的难度,比查找表方式面积减小约27%.在此基础上,设计实现了整个SM4算法,基于smic0.13μm的CMOS工艺综合显示,整个IP核面积仅为7 612门.本设计非常适用于智能IC卡等面积约束较严格的场合.

基于复合域的SM4两方协同加密算法的FPGA实现

针对SM4协同加解密算法软件实现效率低的问题,提出了一种基于复合域的SM4两方协同加解密算法的FPGA实现方案。为提高算法的实现速度,降低其硬件实现成本,将S盒中元素进行复合域分解并求逆。利用乘法三元组完成两方协同计算,并在FPGA上进行了验证。方案实现的最大时钟频率可达130.63Mhz,在不考虑双方通信时间的前提下,协同加/解密时间为7.852us,相较于软件实现快253.56倍,总逻辑单元占用数为7000个,相较于扩展的欧几里得方法占用减少了约51.9%,适用于实时性较高的场景。

基于复合域SM4密码算法S盒的量子电路实现

S盒是SM4分组密码算法中重要的非线性组件。使用Toffoli门、CNOT门和NOT门构建S盒的量子电路。首先,基于S盒的代数表达式,通过同构映射矩阵,将有限域GF(28)中的求逆运算转化到有限域GF((24)2)中的运算;其次,在GF(24)中分别给出了平方计算、乘法计算和求逆运算的量子电路;再次,通过最小化同构矩阵中“1”元素的个数,求出最优的同构映射矩阵,并给出相应的量子电路;然后,通过高斯消元法给出S盒表达式中仿射变换的量子电路;最后,综合出SM4密码算法S盒的量子电路。该量子电路的正确性通过IBM量子平台的Aer模拟器进行了验证。复杂度分析表明:所给出S盒的量子电路一共使用了21个量子比特,55个Toffoli门、176个CNOT门和10个NOT门,电路深度为151。相比于已有结果,所使用的量子资源进一步减少,效率进一步提高。

一种基于复合域的国密SM4算法快速软件实现方法

成为ISO/IEC国际标准算法后,SM4的性能受到更多关注.目前针对SM4算法实现效率提升的方法主要集中在缩短S盒的运算时间,其中采用复合域实现的方法大都基于AES算法实现的复合域,而在GF((2^(4))^(2))上鲜有针对SM4算法软件实现的复合域被提出.本文首次在GF((2^(4))^(2))上找到了一个针对SM4算法S盒软件实现的复合域,给出一种基于复合域的SM4算法快速软件实现方法,使用穷举搜索和数学分析优化了算法S盒的复合域数学构造,构建了同构映射矩阵及其最小化目标函数,仅使用175个门函数就完成了S盒运算,平均每个输出比特占用22个门函数.基于比特切片技术,利用扩展指令集AVX2实现了SM4算法256组消息的并行化加密.每字节加解密平均耗时仅6.5个时钟周期.对硬件依赖程度低,经测试在Intel i5、Intel i7和AMD R7环境下均能显著提升SM4算法的计算效率,对有相似S盒结构的密码算法快速软件实现具有重要的参考价值.

基于复合域的SM4算法FPGA设计与实现

推广和应用国密算法是加强我国信息安全的重要举措。提高密码算法的实现速度,降低其硬件实现成本,已成为实际应用中的迫切需求。该问题的解决方案之一是基于复合域的SM4算法FPGA硬件设计与实现。基于对S盒的复合域分解和电路优化,该方案降低了硬件逻辑门数;同时重构基于复合域的SM4算法硬件电路,并改进了轮常量和轮密钥的生成和存储方式,以降低硬件面积;设计了数据通信模式,以实现上位机和FPGA之间的通信,并通过数据加解密为应用提供安全支持。仿真测试和软硬件实现证实了基于复合域的SM4算法FPGA硬件实现的正确性,同时提高了算法的吞吐量。综合评测结果表明,该方案具有更小的实现面积。

基于复合域通用低熵高阶掩码的设计与实现

通过对基于复合域S-box构造算法的深入研究,该文提出一种低面积复杂度的通用低熵高阶掩码算法。在有限域GF(24)上引入低熵掩码思想,并采用部分模块复用设计,有效降低了基于复合域S-box求逆运算的乘法数量。该算法能够适用于由求逆运算构成的任意分组加密算法,进一步将本方案应用于分组加密算法高级加密标准(AES),给出了详细的综合仿真结果并进行了版图面积优化,较传统的掩码方案相比有效减少了逻辑资源的使用,此外,对其安全性进行了理论验证。

多层复合域热传导的边界元方法

本文基于权余法导出了适用于通用边界条件的热传导问题的边界积分方程,给出了按线性元分布的边界元离散矩阵方程,提出了处理多层复合域稳态热传导问题的边界元方法,算例计算结果表明,该处理方法是行之有效的。

数域上两个三次循环扩域的复合域

设K是一个数域,L_1=K(D_1^(1/2),L_2=K(D_2(1/2)(D_1,D_2∈K)是K上的两个二次扩域,L_1=L_2。令L=L_1L_2,熟知,L/K恰有三个2次中间子域,即已知的L_1,L_2及另一个L_3。现在L_3可由L_1,L_2的定义方程x^2=D_i=0(i=1,2)简单地得出:

复合多域去噪技术在复杂地表区域地震数据处理中的应用

复合多域去噪技术利用多域变换 ,将干扰波与有效波的差别最大化 ,从压制干扰波与提高有效波能量两个方面提高地震资料的信噪比。该技术根据干扰波与有效波的不同特征 ,分别在炮域、共炮检距域和超共中心点域 ,运用频率—空间域相关干扰压制、拉冬变换信噪分离、共炮检距域随机干扰消除、主频区域异常振幅压制、超共中心点域线性干扰消除 ,以及有效波识别加强等方法 ,在新疆、合肥、南方山地等复杂地表地区的资料处理中 ,提高了地震数据的信噪比。

复合构造域及其成矿系统划分——以中国东北部陆缘区为例

1复合构造域地质特征研究区位于松辽平原东缘大连-沈阳-长春-哈尔滨-佳木斯一线以东至中朝、中俄边界。构造环境隶属西伯利亚古板块和中朝古板块以及之间的中亚造山带东端,中、新生代处于西太平洋大陆边缘,为由多个微陆块及其造山带所包围的复合构造区域。研究区构造作用十分复杂,是一个经历多期构造作用的复合构造区域。不同时代。

考虑桥联影响的复合材料带域中反平面裂纹动态扩展问题

讨论了纤维加强复合材料带域中 ,半无限长反平面裂纹在计及桥联纤维影响时的动态扩展问题 ,桥联增韧作用借与裂纹面位移相关的应力边界条件给出。应用 Fourier变换和 Wiener- Hopf技术进行数学分析。最后给出了动态应力强度因子 ,与已知成果进行比较 ,表明了结论的可靠性。

周期复合材料二次特征值问题的二阶双尺度分析与计算

对周期复合域的二次特征值问题(Quadratic Eigenvalue Problem,QEP),本文提出了一种二阶双尺度(Second-Order Two-Scale,SOTS)渐近分析和计算方法 .该方法考虑一种包含速度阻尼的典型QEP,对特征函数进行渐近展开并设计了有限元算法,采用线性化方法求解均匀化二次特征值问题.数值算例表明,该方法可以有效处理此类非线性特征值问题,且二阶校正器在描述特征函数的局部行为和高效获得特征值的逼近值等方面起着重要作用.

从电视节目录制看复合色域变化

在电视节目技术质量奖评审过程中,图像信号的复合色域箭头显示是一项较为直观的重要技术指标检测方式,本文从主持人出镜图像录制、新闻与专题节目制作等方面进行了列举与比对,试图结合日常电视节目制作感受,较为透彻地解析其涵义。