CN112217646B - 用于实现sm3密码杂凑算法的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于实现SM3密码杂凑算法的装置及方法，属于数字芯片设计技术领域。本发明的装置由消息读入单元、消息扩展单元、压缩运算单元、结果输出单元构成硬件结构；在不改变算法规范的前提下，通过并行消息扩展运算与压缩运算，使用65个时间周期完成一轮杂凑结果计算；通过复用消息存储空间，使用16个字的空间处理杂凑算法中132个字的扩展消息。本发明通过算法步骤优化与存储空间复用，提高了SM3密码杂凑算法的运算效率，节约了SM3密码杂凑算法的硬件成本。

Description

用于实现SM3密码杂凑算法的装置及方法
技术领域
本发明属于数字芯片设计技术领域，具体涉及一种用于实现SM3密码杂凑算法的装置及方法。
背景技术
随着信息技术的不断进步，互联网、大数据、物联网、智能生活等技术应用的普及与发展，使得信息安全的重要性日益提高，身份认证与数据保护成为整个信息安全技术的核心与基础。
国家密码管理局发布了具有自主知识产权的《SM3密码杂凑算法》等算法，实现了一套完整的安全加密与认证的算法体系，既统一规范了国内的相关领域，又保证了无国外可利用的算法后门。SM3密码杂凑算法既是身份认证算法的重要的组成部分，又可独立用于数据完整性验证，是信息安全技术中的一个重要安全算法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种基于SM3密码杂凑算法的硬件实现方式，相比原算法运算周期更短，使用资源更少。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了(三)有益效果
本发明的装置由消息读入单元、消息扩展单元、压缩运算单元、结果输出单元构成硬件结构；在不改变算法规范的前提下，通过并行消息扩展运算与压缩运算，使用65个时间周期完成一轮杂凑结果计算；通过复用消息存储空间，使用16个字的空间处理杂凑算法中132个字的扩展消息。本发明通过算法步骤优化与存储空间复用，提高了SM3密码杂凑算法的运算效率，节约了SM3密码杂凑算法的硬件成本。
附图说明
图1为本发明的硬件结构示意框图；
图2为本发明的运算结构示意框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供的一种基于SM3密码杂凑算法的硬件实现方式，硬件组成包括消息读入单元、消息扩展单元、压缩运算单元与结果输出单元；
其中，所述消息读入单元连接外部消息存储地址与消息扩展单元，用于读入初始化参数并进行消息填充，同时将填充后的消息分组传输至消息扩展单元；
所述消息扩展单元连接消息读入单元与压缩运算单元，用于存储并计算扩展消息，同时将计算结果传输至压缩运算单元；
所述压缩运算单元连接消息扩展单元与结果输出单元，用于实现每轮扩展消息的压缩函数，待完成64轮计算后，将结果传输至结果输出单元；
所述结果输出单元连接压缩运算单元与外部数据存储地址，用于将每组512比特消息的计算结果传输至外部数据存储地址。
本发明的工作原理和工作流程是：
步骤1：消息读入单元根据原消息长度计算出填充消息，同时读入算法初始化参数与原消息，并在读入原消息的同时进行填充处理，当填充消息达到512比特时传输至消息扩展单元，将初始化参数传输至压缩运算单元；
步骤2：消息扩展单元使用W0—W15共16个字的空间存储512比特的填充消息，每轮运算后将结果传输至压缩运算单元并更新消息扩展单元的存储空间，经过64轮消息扩展、压缩运算完成一组消息的杂凑运算，具体运算过程如下：
第1轮：消息扩展单元使用W0—W13的数据计算出W16，使用W0与W4数据计算出W'0；同时将W0与W'0传输至压缩运算单元，压缩运算单元使用初始化参数与W0、W'0进行第1轮压缩运算，最后将W16存储至W0的空间；
第2轮：消息扩展单元使用W1—W14的数据计算出W17的数据，使用W1与W5的数据计算出W'1的数据；同时将W1与W'1传输至压缩运算单元，压缩运算单元使用上轮压缩结果与W1、W'1进行第2轮压缩运算，最后将W17的数据存储至W1的空间；
第3轮至第52轮，运算规律同第1轮与第2轮；
第53轮：消息扩展运算已完成，不再更新消息存储空间；消息扩展单元使用W52与W56的数据计算出W'52的数据；同时将W52与W'52的数据传输至压缩运算单元，压缩运算单元使用上轮压缩结果与W52、W'52的数据进行第53轮压缩运算；
第54轮至第64轮，运算规律同第53轮；
第65轮：将第64轮的压缩运算结果与初始化参数进行异或运算，该组数据的杂凑运算完成。
步骤3：结果输出单元将杂凑运算结果传输至外部数据存储地址。
步骤4：重复步骤1至步骤3直至填充消息全部处理完成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种利用用于实现SM3密码杂凑算法的装置实现SM3密码杂凑算法的方法，其特征在于，
该装置包括消息读入单元、消息扩展单元、压缩运算单元与结果输出单元；
其中，所述消息读入单元连接外部消息存储地址与消息扩展单元，用于读入初始化参数并进行消息填充，同时将填充后的消息分组传输至消息扩展单元；
所述消息扩展单元连接消息读入单元与压缩运算单元，用于存储并计算扩展消息，同时将计算结果传输至压缩运算单元；
所述压缩运算单元连接消息扩展单元与结果输出单元，用于实现每轮扩展消息的压缩函数，待完成64轮计算后，将结果传输至结果输出单元；
所述结果输出单元连接压缩运算单元与外部数据存储地址，用于将每组512比特消息的计算结果传输至外部数据存储地址；
该方法在不改变算法规范的前提下，通过并行消息扩展运算与压缩运算，使用65个时间周期完成一轮杂凑结果计算；通过复用消息存储空间，使用16个字的空间处理杂凑算法中132个字的扩展消息，具体包括以下步骤：
步骤1：消息读入单元根据原消息长度计算出填充消息，同时读入算法初始化参数与原消息，并在读入原消息的同时进行填充处理，当填充消息达到512比特时传输至消息扩展单元，将初始化参数传输至压缩运算单元；
步骤2：消息扩展单元使用W0—W15共16个字的空间存储512比特的填充消息，每轮运算后将结果传输至压缩运算单元并更新消息扩展单元的存储空间，经过64轮消息扩展、压缩运算完成一组消息的杂凑运算；
第65轮：将第64轮的压缩运算结果与初始化参数进行异或运算，该组数据的杂凑运算完成；
步骤3：结果输出单元将杂凑运算结果传输至外部数据存储地址；
步骤4：重复步骤1至步骤3直至填充消息全部处理完成；
步骤2中，经过64轮消息扩展、压缩运算完成一组消息的杂凑运算的具体运算过程如下：
第1轮：消息扩展单元使用W0—W13的数据计算出W16，使用W0与W4数据计算出W'0；同时将W0与W'0传输至压缩运算单元，压缩运算单元使用初始化参数与W0、W'0进行第1轮压缩运算，最后将W16存储至W0的空间；
第2轮：消息扩展单元使用W1—W14的数据计算出W17的数据，使用W1与W5的数据计算出W'1的数据；同时将W1与W'1传输至压缩运算单元，压缩运算单元使用上轮压缩结果与W1、W'1进行第2轮压缩运算，最后将W17的数据存储至W1的空间；
第3轮至第52轮，运算规律同第1轮与第2轮；
第53轮：消息扩展运算已完成，不再更新消息存储空间；消息扩展单元使用W52与W56的数据计算出W'52的数据；同时将W52与W'52的数据传输至压缩运算单元，压缩运算单元使用上轮压缩结果与W52、W'52的数据进行第53轮压缩运算；
第54轮至第64轮，运算规律同第53轮。
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