可重構(gòu)移位單元的設(shè)計與實現(xiàn)

在對稱密碼算法中移位操作使用頻率非常高，尤其是在密鑰生成中的應(yīng)用。但各種算法之間的移位位寬和移位長度并不一致，所以現(xiàn)有的密碼處理系統(tǒng)中還沒有一個通用的移位單元支持所有對稱密碼算法的移位操作。本文在研究了多種對稱密碼算法的基礎(chǔ)上，分析了高效靈活實現(xiàn)移位單元的方法，并提出了一種基于多級網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)移位單元，它可以支持4/8/28/32/128-bit 移位位寬以及可變移位長度的移位操作。此單元的設(shè)計與實現(xiàn)，不僅增強了密碼處理單元的通用性，還使得可重構(gòu)密碼芯片的實現(xiàn)成為可能。
隨著通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，安全應(yīng)用的范圍越來越廣，而采用對稱密碼是提供保密性服務(wù)的主要手段。作為基礎(chǔ)密碼模塊，對稱密碼可用于構(gòu)造偽隨機數(shù)產(chǎn)生器、流密碼、認證碼和Hash 函數(shù)等，也可以作為消息或?qū)嶓w認證、數(shù)據(jù)完整性和數(shù)字簽名方案等的核心部件。但是對于一種密碼算法，系統(tǒng)不僅要求其在安全方面有很高的可靠性和保密性，還要求它能夠使用軟、硬件高效靈活的實現(xiàn)。
在硬件設(shè)計方面，以前往往采用專用集成電路 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)來實現(xiàn)密碼處理系統(tǒng)。它的缺點是靈活性不夠，只能實現(xiàn)固定的一種算法或?qū)追N算法的IP 核集成到一起，當有新的算法產(chǎn)生時，只有重新設(shè)計密碼芯片或IP 核。因此可重構(gòu)的密碼處理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)已經(jīng)成為了新的發(fā)展趨勢[1]，而一個龐大的可重構(gòu)密碼系統(tǒng)是由多個可重構(gòu)的密碼運算單元共同組成的，而可重構(gòu)的移位單元，就是其中一種密碼處理單元。靈活、通用的移位單元的設(shè)計與實現(xiàn)，將會使一個芯片內(nèi)集成更多的對稱密碼算法，同時資源消耗與處理性能不會受到影響。而目前的設(shè)計中并沒有一個通用的可重構(gòu)移位單元來支持對稱密碼算法中所有的移位操作。
本文就針對這一問題，對移位操作的特性進行了研究與分析，并提出了一種支4/8/28/32/128-bit移位位寬的任意移位長度的移位單元的設(shè)計方案，它不僅性能可以滿足密碼處理的需求，而且關(guān)鍵是達到了通用的目的，為可重構(gòu)密碼系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)提供了基礎(chǔ)。