面向分组密码算法的高面积效率可重构架构-东南大学学报.PDFVIP

第４６卷第５期 东南大学学报（自然科 学版 ） Ｖｏｌ．４６ Ｎｏ．５ 　 ２０１６年９月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） 　 Ｓｅｐｔ．２０１６ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１６．０５．００７ 面向分组密码算法的高面积效率可重构架构 杨锦江　 曹　鹏　 杨　军 （东南大学国家专用集成电路系统工程技术研究中心，南京２１００９６） 摘要：为了提升安全应用中分组密码算法的面积效率，提出了一种基于粗粒度可重构计算的硬 件架构．在可重构架构设计过程中采用了２种优化方案，即利用Ｂｅｎｅｓ网络优化可重构计算阵列 的层间互联和基于配置信息的使用频度优化配置信息的组织方式．实验结果表明：采用基于 Ｂｅｎｅｓ网络的层间互联方案后，可重构阵列中层间互联的面积开销减少了５１６１％；采用基于使 用频度的配置信息层次化组织方式后，ＡＥＳ分组密码算法和ＤＥＳ分组密码算法的配置时间分 别缩短了８０％和８８％，配置时间占总时间的百分数分别下降了４２％和３９％．这２种分组密码算 法在该可重构架构上实现的面积效率为同类架构的３９５和１５１倍．因此，所提的２种优化方案 能够有效降低面积开销，提高可重构架构的性能，有助于分组密码算法高面积效率的实现． 关键词：分组密码算法；粗粒度可重构架构；层次化配置；面积效率 中图分类号：ＴＮ３０２　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００１－０５０５（２０１６）０５０９３９０６ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｗｉｔｈｈｉｇｈａｒｅａｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒｂｌｏｃｋｃｉｐｈｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ＹａｎｇＪｉｎｊｉａｎｇ　 ＣａｏＰｅｎｇ　 ＹａｎｇＪｕｎ （ＮａｔｉｏｎａｌＡＳＩＣＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｏａｒｓｅｇｒａｉｎｅｄｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｒｅａｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ ｂｌｏｃｋｃｉｐｈｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｉｎｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｔｗｏｓｃｈｅｍｅｓａｒｅｕｓｅｄｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅａｒｃｈｉｔｅｃ ｔｕｒｅ．ＯｎｅｉｓｕｓｉｎｇｔｈｅＢｅｎｅｓｎｅｔｗｏｒｋｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｒｏｗｓｏｆｔｈｅｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｉｓｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｃｏｎｔｅｘｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｕｓｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅａｒｅａｃｏｓｔｉｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙ５１６１％ ａｆｔｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅＢｅｎｅｓｎｅｔｗｏｒｋａｓ ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｒｏｗｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ．Ａｆｔｅｒｕｓｉｎｇｔｈｅｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｃｏｎｔｅｘｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ ｕｓｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｏｆｔｈｅＡＥＳ（ａｄｖａｎｃｅｄｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄ）ｂｌｏｃｋｃｉｐｈｅｒａｌ ｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｔｈａｔｏｆｔｈｅＤＥＳ（ｄａｔａｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄ）ｂｌｏｃｋｃｉｐｈｅｒａｌｇｏｒｉｔｈｍｄｅｃｒｅａｓｅｂｙ８０％ａｎｄ ８８％，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｉｒｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｔｉｍｅｉｎｔｈｅｔｏｔａｌｔｉｍｅｄｅｃｒｅａｓｅ４２％ ａｎｄ３９％，ｒｅ ｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅａｒｅａｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆｔｈｅｓｅｔｗｏｂｌｏｃｋｃｉｐｈｅｒａｌｇｏｒ