可重构keccak算法设计及fpga实现

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1、可重构Keccak算法设计及FPGA实现摘要:在分析研究keccak算法的基础上,针对现有keccak算法的硬件实现方案版本单一,应用不灵活的问题,设计了一种高性能可重构的keccak算法硬件实现方案。实验结果表明:该方案在xilinx公司的现场可编程门阵列(fpga)virtex5平台上的时钟频率可达214mhz,占用1607slices;该方案具有吞吐量高(9131mbps),应用灵活性好,可支持4种不同参数版本的优点。关键词:keccak算法;海绵结构;哈希算法;可重构;现场可编程门阵列reconfigurablekeccakalgorithmandits

2、implementationonfpgaplatformwuwufei1,wangyi1,2,3*,lirenfa1,2,3(1.embeddedsystemsandnetworkinglaboratory,hunanuniversity,changshahunan410082,china;2.hunanprovincegraduateinnovationbase,hunanuniversity,changshahunan410082,china;3.hunanprovincekeylaboratoryofnetworkandinforma

3、tionsecurity,hunanuniversity,changshahunan410082,china)abstract:basedontheanalysisofkeccakalgorithm,concerningthesituationthattheexistinghardwareimplementationsofkeccakalgorithmlackofflexibilityandcouldonlysupportoneversion,thispaperproposedanewreconfigurablekeccakhardwareimplementation,wh

4、ichcouldsupportfourversionsalgorithms.theproposeddesignachieved214mhzclockfrequencyusing1607sliceswhenbeingportedtoxilinxvirtex5fpgaplatform.theexperimentalresultsshowthattheproposeddesignhastheadvantagesofhighthroughput(9131mbps),goodflexibilityandsupportingfourversions.keywords:kec

5、cakalgorithm;spongestructure;hashalgorithm;reconfigurability;fieldprogrammablegatearray(fpga)0引言安全散列算法(securehashalgorithm,sha)[1]是由美国国家标准与技术研究院(nationalinstituteofstandardsandtechnology,nist)于1993年发布的一种数据加密算法。其主要思想是将可变长度的消息映射成固定长度的消息摘要,广泛应用于密码保护、消息鉴别、数据完整性验证以及数字签名等信息安全领域。nist先后发布了sha

6、0、sha1和sha2共3个版本标准,随着计算机技术的飞速发展和破解技术的增强这3个版本逐个被成功攻击[2-4],因此nist采用公开竞赛的方式来制定新的安全散列算法即sha3标准算法。经过两轮竞赛其中有5个算法成功进入到第三轮,分别是blake、grstl、jh、skein和keccak[5]1-7。目前国内对keccak研究较少,基于可重构技术的密码算法硬件实现的研究内容多集中于多个密码算法的整合实现[6]和一类密码算法的统一框架设计实现[7]等方面。国外已经有学者在硬件平台上实现keccak算法,如:爱尔兰国立考克大学的baldwin等

7、[8]14在xilinxfpga上单个实现了keccak224、keccak256、keccak384与keccak512,其最大的吞吐量为8518mbps(keccak384);日本情报通信研究机构的matsuo等[9]14同样在xilinxfpga上实现了keccak256,其吞吐量为8397mbps;strmbergson等[10]2实现了keccak256,在stratixⅲ平台上的吞吐量为10000mbps,同时在该平台上实现了面积最优的kecca