基于多因子CSE算法的AES S-盒电路优化设计.pdf

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1、第6期电子学报Vn1．42No．62014年6月ACTAEI点CrRONICASINICAJun．20l4基于多因子CSE算法的AESS．盒电路优化设计曾纯，吴宁，张肖强，周芳，叶云飞(南京航空航天大学电子信息工程学院，江苏南京210016)摘要：针对高级加密标准(AZS)S-盒优化，提出了一种新的多因子公共项消除(CSE)优化算法．多因子CSE算法通过对组合逻辑表达式中所含因子最多的公共项优先消除，以简化逻辑表达式，从而有效地减少盒电路结构中的GF(2^4)域乘法逆电路和映射矩阵电路的面积和时延．结果表明，多因子CSE算法具有计算速度快，优化效率高的特

2、点．优化后的S-盒组合逻辑电路采用0．18tmaCMOS工艺，设计出的S_盒面积一延时积比目前最小面积和最短延时的S-盒组合逻辑电路分别减少了10．32％和19．64％．关键词：AES；S-盒；多因子CSE算法中图分类号：TN918．4文献标识码：A文章编号：0372—2112(2014)06—1238—06电子学报Ul~L：http：／／www．ejouma1．org．enDOI：10．3969／j．issn．0372—2112．2014．06．032TheOptimizationCircuitDesignofAESS—BoxBasedonaMulti

3、ple-Tern1CommonSubexpressionEliminationAlgorithmZENGChun，WUNing，ZHANGXiao—qiang，ZHOUFang，YEYun—fei(CollegeofElectricalandInformationEngineering，NanfingUniversityofAeronauticsandAstronautiea，Nanfing，Jiangsu210016，China)Abstract：Aimingattheoptimizationofadvancedencrypfionstandard(A

4、ES)S-box，anovelmultiple-termCOl'Ill／lOl'lsubex—pressionelimination(CSE)algorithmwasproposed．Inordertosimplifythecombinationallogicexpressions，theconmaonsubex—pressionscontainingthemostfactorstook~oritytobeeliminatedintheproposedapproach，thusefectivelyreducedtheareaandlatencyofthe

5、GV(2^4)multiplicativeinversecircuitandtheisomorphicmappingc~cultinS-box．Theresultsshowthatthemulti—pie—termCSE~gofithmachieveshighcomputationandoptimizationeficiency．TheoptimizedS-boxisimplementedin0．18／anCMOStechnology．ComparedwiththesmallestS-boxandtheshortestdelayS-boxintheexi

6、stingwork，theoptimizedS-boxsavesabout10．32％and19．64％ofthearea-delayproductseparately．Keywords：advancedencrypfionstandard(AES)；S-box；multiple-termcommonsubexpressionelimination(CSE)algo—fithm短的时延，但其实现面积较大．影响s．盒电路优化的主1引言要部分是其中的多常数乘法(MultipleConstantMultiplica．AES加密算法是目前常用的分组加密算法l】，

7、，而tion，MCM)运算电路，包括仿射矩阵电路、映射矩阵电路s．盒运算电路是AES硬件实现中资源消耗最多、功耗最等．对MCM电路的优化，常用公共项消除(Common大的部分，是AES硬件电路优化的关键l3J．SubexpressionElimination，CSE)算法l1，文献[5]提出了基本文所研究的s一盒基于GF(((22)))复合域运算，于穷举算法的CSE(Exhaust—CSE)算法，文献[7]提出基并采用纯组合逻辑电路实现．这种s．盒硬件面积小，方于贪婪算法的CSE(Greedy—CSE)算法，Greedy—CSE算法便流水线结构设计和加解

8、密复用．针对小面积、低时延简单但容易陷入局部最优的结果中，Exhaust—CSE