加密解密算法RC.ppt

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1、加密解密算法RC实现的调研报告仲力王宇旸概述密码学有对称密码学和公钥密码学两大分支。目前我们重点调研了对称密码学。在对称密码学中，加密方和解密方使用相同的密钥。DES和AES是目前最主要的对称加密算法。在公钥密码学中，加密方和解密方使用不同的密钥。RSA和ECC是目前最主要的公钥加密算法。内容安排对称密码学DES(5min)AES(5min)对称密码学综述(10min)公钥密码学RSA(5min)椭圆曲线密码学(ECC)(5min)小结和进一步的调研方向(5min)对称密码学——DES算法DES算法特征DES设计时只考虑方便硬件实现。因此很方便用硬件实现，但难以用软件

2、有效的实现。DES使用64位分组和56位密钥。DES算法是Feistel结构，因此加密算法和解密算法是相同的，只是子密钥的使用次序相反。DES算法最耗时的部分是16轮的f(R,K)函数的计算f函数的计算有四个步骤：1．扩充/置换函数e；2．48bitXor；3．8个不同的S-Box(6bit输入4bit输出)查表；4．置换P函数；扩充/置换函数eS-Box范例：S1置换函数PF(R,K)函数中四种运算的分析Xor软件硬件都很容易做置换函数e和P软件很难有效的实现；而硬件只需要定制相应的数据通路，很容易实现。S-Box运算软硬件均可用查表实现；但软件只能串行地查8个表，

3、而硬件可以并行查表。数据长度不规整(6,4,48bit)，不利于软件有效实现。DES小结DES难以用软件有效的实现，但很容易用硬件实现3DES算法要做3次DES运算，软件实现的速度更低AES算法(Rijndael)AES算法AES是NIST从5种候选算法(MARS,RC6,Rijndael,Serpent,TwoFish)中评选出来的，能够高速的在各种软硬件平台上实现是重要的选择标准。最终Rijndael当选。AES使用128位分组，128、192或256位密钥，使用不同长度的密钥时算法执行的轮数不同。AES不是Feistel结构的，其加解密算法不相同。AES算法中主

4、要的运算AddRoundKey是一个128bit分组和128bit子密钥的Xor操作；SubBytes是16次S-Box操作，AES使用的一个8bit输入8bit输出的S-Box；ShiftRows是3次32bit的循环移位操作(分别是循环左移8位、16位和24位）；AES算法中主要的运算MixColumns是1个矩阵乘法运算(两个4*4的8bit方阵相乘，其中一个方阵是常数)。用到的加法和乘法是定义在有限域GF(28)上的，加法实际是Xor；乘法可以通过移位和Xor操作方便的实现，对软件也可以通过查表法加速实现。AES中运算的特点AES所有的操作数长度都是8bit的

5、2n倍，并且没有复杂的位运算，因此很容易在各种平台上（8位、32位、64位机，智能卡等）用软件有效的实现。研究表明，AES算法有很高的指令集并行性（ILP），可以很好的利用现代CPU的流水线、超标量等技术。AES也很容易用硬件实现平台优化技术吞吐率(Mbits/s)450MHzPentiumII针对MMX指令集优化24340MHzXilinxVirtexXCV1000BG560-42-roundloopunrolling300（反馈模式）同上5-roundexternalpipelining&oneinternalpipeline1938（非反馈模式）对称密码学算法硬

6、件实现综述硬件实现的指标吞吐率(Throughput)消耗的硬件资源(Area)效能(Efficiency=Throughput/Area)延迟(Latency)硬件实现的4种不同的设计目标：最小化资源消耗在无限的资源下最大化吞吐率在固定的资源下最大化吞吐率最大化效能对称加密算法的工作模式常用的工作模式有ECB,CTR,CBC,CFB,OFB。ECB和CTR是非反馈模式。CBC,CFB,OFB是有反馈模式。ECB模式CBC模式工作模式对硬件实现的影响非反馈模式中，不同的分组之间的加密运算时可以并行执行的，因此可以用流水线技术极大的提高吞吐率。反馈模式中，各个分组的加密

7、运算必须相继串行计算，无法从流水线技术中得到好处。硬件实现可以采用的结构BasicArchitectureLoopUnrollingInternalPipeliningExternalPipeliningHybridPipeliningBasicArchitectureLoopUnrollingInternalPipeliningExternalPipelining4种结构的速度比较speedba=1/(#rounds*clock_period)speedul/speedba=(1+t)/(1+t/k)，其中t=(m+r)/ck-roundinter