一种基于Hierarchy LUT的可重构S-box实现方法
2023年电子技术应用第1期
方震，赵伟，刘勇
中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214035
摘要： 基于查找表方法构建的Substitution box （S-box）在可重构分组密码实现中广泛使用，然而因消耗的资源过大，其面积利用效率低。为提高可重构S-box面积利用效率，提出一种基于4R/1W存储结构的分层查找表（Hierarchy LUT），构建可重构S-box。所提出的4R/1W存储结构能减少存储单元的例化数量，提高存储密度。在40nm CMOS工艺下，实现基于Hierarchy LUT的可重构S-box，其面积利用效率得到改善，对比Table Lookup Unit （TLU）和Memory Sharing的可重构S-box方案，效率分别提高了51.76%和6.88%。
中图分类号：TN46
文献标志码：A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222891
中文引用格式： 方震，赵伟，刘勇. 一种基于Hierarchy LUT的可重构S-box实现方法[J]. 电子技术应用，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.
文献标志码：A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.222891
中文引用格式： 方震，赵伟，刘勇. 一种基于Hierarchy LUT的可重构S-box实现方法[J]. 电子技术应用，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
通信领域中，高吞吐量的加密和解密技术一直是研究的重点。分组密码算法在高速、海量数据加密解密应用中广泛使用。为使分组密码达到高的性能，通常采用硬件加速。专用集成电路（ASIC）虽然性能高，但是在算法切换、参数可变的应用中缺乏灵活性。可重构架构技术则可在一定程度上弥补短板，平衡高性能和灵活性，有利于分组密码算法硬件加速应用，进而通过优化分组密码算法实现。分组密码算法主要包括逻辑运算、算数运算[1]、置换处理[2]、字节替换（S-box）[2-3]。S-box作为分组密码算法的非线性处理单元，在分组密码算法中发挥着重要的作用。一般而言，不同的分组密码算法，S-box的结构都有所不同，这也是分组密码算法的瓶颈所在。因而S-box的性能和面积的优化成为了分组密码算法主要研究目标。
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作者信息：
方震，赵伟，刘勇
（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡 214035）
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