AES算法中S-box和列混合單元的優(yōu)化
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時(shí)間：2012-02-22
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(2)GF[(24)2]到GF(28)的逆映射。構(gòu)造線(xiàn)性變換T-1，GF(24)上的逆p，q映射到GF(28)上的逆元素y，如式(10)所示。其中，線(xiàn)性變換T-1和乘法求遞步驟(1)中的線(xiàn)性變換T滿(mǎn)足：TT-1=E。
(3)通過(guò)域GF(24)上的運(yùn)算，求b，C的逆p，q。首先構(gòu)建GF(24)，q(x)=x4+x+1作為域GF(24)上的本源多項(xiàng)式，a(x)，d(x)，e(x)∈GF(24)。其中，a(x)=a3x3+a2x2+a1x+a0，d(x)=d3x3+d2x2+d1x+d0，e(x)=e3x3+e2x2+e1x+e0定義域GF(24)上的加法、乘法、逆運(yùn)算。
①加法為按位異或。
②乘法為多項(xiàng)式相乘后用q(x)取模，按公式e(x)=a(x)œ⊗d(x)mod q(x)進(jìn)行運(yùn)算；
③求逆根據(jù)公式公式a·a-1=1 mod q(x)，計(jì)算GF(24)上元素a的逆a-1；
構(gòu)造GF(24)上的一次多項(xiàng)式bx+c，并利用上述GF(24)上的加法、乘法和求逆運(yùn)算進(jìn)行運(yùn)算，得到GF(24)上的元素b，c的逆p，q，由式(7)可得：
p，q的計(jì)算是S-box中最復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，占用了大量的邏輯關(guān)系，關(guān)于p，q的分量元素計(jì)算是由上述算法中的分量元素代入式(13)、式(14)求得。
在這種設(shè)計(jì)方案中，求逆運(yùn)算模塊中所選用的即約多項(xiàng)式p(x)和本源多項(xiàng)式q(x)不同，減低了求逆模塊的復(fù)雜度。根據(jù)理論分析，本文中用到的p(x)和q(x)不會(huì)減低AES算法的安全性。
2 列混合單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)
在列混合(MixColumn)和逆列混合(InvMixColumn)的操作中，由以下兩式定義了兩個(gè)主要操作：
將式(15)和式(16)所做的操作及結(jié)果列于表1中，由步驟1～步驟5處理的結(jié)果得到outx，接著由outx和w8得到outy。因此，在執(zhí)行過(guò)程中，操作所用到的硬件資源及其所得結(jié)果可以應(yīng)用到步驟9，步驟10中。如圖3所示，這種新型結(jié)構(gòu)(字節(jié)-列混合模塊)僅需8個(gè)加法器和4個(gè)乘法器。與原方案相比，此設(shè)計(jì)大大減少了硬件復(fù)雜度并顯著節(jié)省了資源的消耗。
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