一種基于Hierarchy LUT的可重構S-box實現方法
2023年電子技術應用第1期
方震，趙偉，劉勇
中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214035
摘要： 基于查找表方法構建的Substitution box （S-box）在可重構分組密碼實現中廣泛使用，然而因消耗的資源過大，其面積利用效率低。為提高可重構S-box面積利用效率，提出一種基于4R/1W存儲結構的分層查找表（Hierarchy LUT），構建可重構S-box。所提出的4R/1W存儲結構能減少存儲單元的例化數量，提高存儲密度。在40nm CMOS工藝下，實現基于Hierarchy LUT的可重構S-box，其面積利用效率得到改善，對比Table Lookup Unit （TLU）和Memory Sharing的可重構S-box方案，效率分別提高了51.76%和6.88%。
中圖分類號：TN46
文獻標志碼：A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222891
中文引用格式： 方震，趙偉，劉勇. 一種基于Hierarchy LUT的可重構S-box實現方法[J]. 電子技術應用，2023，49(1)：41-44.
英文引用格式： Fang Zhen，Zhao Wei，Liu Yong. A scheme of the reconfigurable S-box based on Hierarchy LUT[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：41-44.
文獻標志碼：A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222891
中文引用格式： 方震，趙偉，劉勇. 一種基于Hierarchy LUT的可重構S-box實現方法[J]. 電子技術應用，2023，49(1)：41-44.
英文引用格式： Fang Zhen，Zhao Wei，Liu Yong. A scheme of the reconfigurable S-box based on Hierarchy LUT[J]. Application of Electronic Technique，2023，49(1)：41-44.
A scheme of the reconfigurable S-box based on Hierarchy LUT
Fang Zhen，Zhao Wei，Liu Yong
No.58 Research Institute of China Electronics Technology Gruop Corporation，Wuxi 214035，China
Abstract： The S-box based on LUT is widely used in the reconfigurable block cipher. It is not efficient in area for the expended resources. In this paper, the Hierarchy LUT architecture based on 4R/1W memory unit is proposed to compose the reconfigurable S-box. The 4R/1W can reduce the numbers of the storage unit in the reconfigurable S-box. The proposed Hierarchy LUT is applicable for different sets of ciphers and it is implemented under 40 nm CMOS technology to compare with similar work. The comparison result shows that the proposed Hierarchy LUT gains 6.88% to 51.76% resource efficiency improvement.
Key words : reconfigure；S-box；4R/1W；Hierarchy LUT
0 引言
通信領域中，高吞吐量的加密和解密技術一直是研究的重點。分組密碼算法在高速、海量數據加密解密應用中廣泛使用。為使分組密碼達到高的性能，通常采用硬件加速。專用集成電路（ASIC）雖然性能高，但是在算法切換、參數可變的應用中缺乏靈活性。可重構架構技術則可在一定程度上彌補短板，平衡高性能和靈活性，有利于分組密碼算法硬件加速應用，進而通過優化分組密碼算法實現。分組密碼算法主要包括邏輯運算、算數運算[1]、置換處理[2]、字節替換（S-box）[2-3]。S-box作為分組密碼算法的非線性處理單元，在分組密碼算法中發揮著重要的作用。一般而言，不同的分組密碼算法，S-box的結構都有所不同，這也是分組密碼算法的瓶頸所在。因而S-box的性能和面積的優化成為了分組密碼算法主要研究目標。
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作者信息：
方震，趙偉，劉勇
（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫 214035）
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