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基于复合域的sm4算法的设计与实现

微电子学与计算机 2015年第5期32卷 16-20页

作者：梁浩乌力吉张向民清华大学微电子学研究所北京100084

从S盒优化角度入手,提出一种基于复合域的S盒实现方式,通过同构映射矩阵,将GF(28)的有限域求逆运算变到GF(((22)2)2)的复合域上进行,从而降低了计算的难度,比查找表方式面积减小约27%.在此基础上,设计实现了整个sm4算法,基于smic0.13μm... 详细信息

从S盒优化角度入手,提出一种基于复合域的S盒实现方式,通过同构映射矩阵,将GF(28)的有限域求逆运算变到GF(((22)2)2)的复合域上进行,从而降低了计算的难度,比查找表方式面积减小约27%.在此基础上,设计实现了整个sm4算法,基于smic0.13μm的CMOS工艺综合显示,整个IP核面积仅为7 612门.本设计非常适用于智能IC卡等面积约束较严格的场合.

关键词： sm4 S盒复合域正则基

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低复杂度sm4加密算法IP核设计

科学技术与工程 2013年第2期21卷 347-350,378页

作者：王晨光乔树山黑勇中国科学院微电子研究所北京100029

针对数据吞吐量要求不高,但面积和成本要求严格的应用场合,设计了一款低复杂度的sm4加密算法IP核。所设计的IP核支持ECB与每组数据的加密密钥都实时更新的两种工作模式。在Altera的Cyclone FPGA以及smIC 0.18μmCMOS工艺下进行了综合,... 详细信息

针对数据吞吐量要求不高,但面积和成本要求严格的应用场合,设计了一款低复杂度的sm4加密算法IP核。所设计的IP核支持ECB与每组数据的加密密钥都实时更新的两种工作模式。在Altera的Cyclone FPGA以及smIC 0.18μmCMOS工艺下进行了综合,所占用资源分别为1 704个逻辑单元和0.113 mm2。

关键词： sm4 IP核低复杂度 FPGA ASIC

可变流水级sm4加解密算法硬件设计及FPGA实现

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计算机工程与科学 2024年第4期46卷 606-614页

作者：朱麒瑾陈小文鲁建壮国防科技大学计算机学院湖南长沙410073 先进微处理器芯片与系统重点实验室湖南长沙410073 电子科技大学集成电路科学与工程学院四川成都610054

sm4加解密算法作为我国第一个商用密码算法,凭借其算法结构简单易实现、加解密速度快和安全性高等优点,被广泛应用在数据加密存储和信息加密通信等领域中。以可变流水级sm4加解密算法硬件设计以及FPGA实现为研究课题,重点研究了不同流... 详细信息

sm4加解密算法作为我国第一个商用密码算法,凭借其算法结构简单易实现、加解密速度快和安全性高等优点,被广泛应用在数据加密存储和信息加密通信等领域中。以可变流水级sm4加解密算法硬件设计以及FPGA实现为研究课题,重点研究了不同流水线级数设计的性能差异,设计了一种可控制流水线级数的sm4加解密电路,并将其封装为带有AXI接口和APB接口的IP核。基于XILINX ZYNQ器件,在XILINX ZYNQ-7020开发板上搭建小型SoC,将设计的sm4 IP核挂载到AXI总线上,模拟实际工作情景并进行性能测试。通过软件加解密数据与仿真测试得到的数据来验证设计功能的正确性;测试不同流水线级数的性能,以此选出最适合的流水线级数。

关键词： sm4 流水线设计 ZYNQ AXI APB

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超立方体法在sm4算法S盒中的应用

微电子学与计算机 2014年第7期31卷 10-13,17页

作者：王悦李树国清华大学微电子学研究所北京100084

S盒是商用密码算法sm4中最耗时的一部分,因此构造高性能的S盒具有重要意义.为了显著减少sm4算法进行加解密运算的延时,我们引入了N维超立方体法构造S盒,在硬件电路的实现上,相比于传统S盒的查表法延时缩短6%,面积减少17%.此方法同时适... 详细信息

S盒是商用密码算法sm4中最耗时的一部分,因此构造高性能的S盒具有重要意义.为了显著减少sm4算法进行加解密运算的延时,我们引入了N维超立方体法构造S盒,在硬件电路的实现上,相比于传统S盒的查表法延时缩短6%,面积减少17%.此方法同时适用于其它对称加密算法中的S盒变换,具有可借鉴性.

关键词： sm4 S盒查表法 N维超立方体法

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基于I-sm4和sm2的混合加密算法

计算机科学 2023年第S2期50卷 857-860页

作者：孙敏陕童续森炜山西大学计算机与信息技术学院太原030006

近年来,数据泄露事件频发,信息安全问题日益突出。由于单一的加密算法无法满足信息在传输过程中的安全需求,因此一般采用混合加密算法进行数据加密。现有的混合加密算法主要基于国外设计的加密算法,不符合网络空间安全自主可控的要求。... 详细信息

近年来,数据泄露事件频发,信息安全问题日益突出。由于单一的加密算法无法满足信息在传输过程中的安全需求,因此一般采用混合加密算法进行数据加密。现有的混合加密算法主要基于国外设计的加密算法,不符合网络空间安全自主可控的要求。针对这一问题,结合改进的sm4算法(I-sm4)与sm2算法,设计了一种新的混合加密算法。该算法改进了sm4加密算法的密钥扩展部分,采用线性同余序列代替原有的密钥扩展方式对轮密钥进行扩展,降低了轮密钥之间的相关性,提高了密钥的安全性。此外,采用将I-sm4与sm2相结合的方法,一方面可以加强对I-sm4密钥的管理,提高安全性;另一方面可以缩短单独使用sm2加密算法所需的时间。通过实验与分析证明,文中提出的混合加密算法能够有效提高网络传输过程中信息的保密性、完整性和不可否认性。

关键词：混合加密 sm2 sm3 sm4 线性同余

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商密sm4在固态硬盘的应用研究

商密SM4在固态硬盘的应用研究

作者：刘海銮杭州电子科技大学

学位级别：硕士

NAND FLASH技术的飞速发展,掀起了存储领域的革命,固态硬盘凭借速度快,体积小,重量轻,抗震性强,功耗低等优势迅速取代机械硬盘,成为新一代硬盘存储技术的代表。广泛应用于普通消费电子、企业管控系统、工业领域、通讯、航天航空航海、... 详细信息

NAND FLASH技术的飞速发展,掀起了存储领域的革命,固态硬盘凭借速度快,体积小,重量轻,抗震性强,功耗低等优势迅速取代机械硬盘,成为新一代硬盘存储技术的代表。广泛应用于普通消费电子、企业管控系统、工业领域、通讯、航天航空航海、军事、太空探索、视频监控、互联网监控、嵌入式设备、能源等诸多领域。信息化引领当代社会和经济的发展方向,是经济社会发展和技术进步的主要动力。人类社会正处于信息高速通达的时代,人们在享受信息化带来的便利的同时,也不可避免地承担着信息安全的风险,安全问题日益严峻。信息安全不仅关系到个人隐私,企业密码,更是关系到国家安全。通过研究国家商用密码算法sm4的特性,采用全硬件加密的方式,应用在固态硬盘中,在不降低带宽性能的条件下,实现数据的加密存储,提升存储数据安全。考虑到安全性,分组加密算法的运行模式采用安全性更高的CBC模式。由于CBC模式需要最后一轮的结果作为下一个数据分组的输入,无法实现多个数据分组同时流水进行,而单引擎带宽无法满足固态硬盘SATA接口带宽要求,本文提出了采用多个引擎同步工作的方式,提升加解密算法的带宽,匹配SATA固态硬盘的带宽要求。搭建基于uvm技术的SoC设计仿真平台,进行系统仿真。SATA3的传输带宽为6Gbit/s,但由于8b/10b编码关系,有效带宽为6*80%= 4.8Gbit/s。本文采用4个引擎同步工作的加密算法带宽可以达到4Gbit/s,基本满足SATA3的带宽需求。

关键词：中国商密算法 sm4 固态硬盘硬件加密

国密sm4和sm2算法功耗攻击关键技术研究与实现

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国密SM4和SM2算法功耗攻击关键技术研究与实现

作者：张振宾清华大学

学位级别：硕士

数据的加密和解密技术被广泛应用于信息的传递,所以相关算法的安全性在金融和其他领域占有极其重要的地位。出于对国家金融安全等多种因素的考虑,我国的金融IC卡要支持自主设计的国密sm4和sm2算法。侧信道攻击方法作为一种新型的密码分... 详细信息

数据的加密和解密技术被广泛应用于信息的传递,所以相关算法的安全性在金融和其他领域占有极其重要的地位。出于对国家金融安全等多种因素的考虑,我国的金融IC卡要支持自主设计的国密sm4和sm2算法。侧信道攻击方法作为一种新型的密码分析方法,其利用密码芯片运行过程中泄露的物理信息来破解密码系统,这种攻击方法已经对密码系统的安全性构成了严重的实际威胁。由于目前国密sm4和sm2算法缺乏相关侧信道攻击的研究,所以本文主要对这两种国密算法进行功耗攻击方法的研究,并在此基础上提出相对应的防护策略。首先,本论文设计了基于Riscure芯片安全性测评设备的国密sm4算法攻击平台。通过对三款不同的接触式智能IC卡进行功耗攻击,验证了攻击平台的正确性和有效性。之后针对具有常见防护措施的sm4算法进行了功耗攻击分析。论文详细分析了软件冗余防护,时钟随机化,冗余轮运算和掩码技术的功耗攻击方法和防护效果。在此过程中提出了sm4算法的频域攻击方法。针对于这些攻击方法,比较了对应的防护措施的安全性。其次,论文在对传统能量攻击模型进行分析的基础上,基于遗传算法提出了一种新型能量攻击模型。不同于传统能量攻击模型,这种模型结合了遗传算法,使得能量模型能够更准确表述真实的能量消耗情况。新模型同时利用多个S盒的泄露信息,提高了攻击效率。通过用sm4算法和DES算法进行验证,新模型使得攻击成功所需要的功耗曲线数目最高减少了52%。最后,论文还对国密sm2解密算法进行了模板攻击研究。在建立好攻击模板库后,攻击只需采集1条sm2解密功耗曲线就可获得正确密钥信息。256比特的sm2算法密钥平均可以获得225比特,恢复率达88%。最终成功完成了对具有国密sm2算法的接触式智能IC卡进行功耗攻击,并提出时钟随机化、密钥随机化、基点随机化和随机插入冗余操作都是可行的防护策略。

关键词：功耗攻击 sm4 sm2 智能IC卡能量模型遗传算法

车载硬件安全模块中sm3/sm4算法的设计与实现

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车载硬件安全模块中SM3/SM4算法的设计与实现

作者：陈子谦华中科技大学

学位级别：硕士

智能网联汽车面临各种攻击,通常采用Hsm(硬件安全模块)来保护智能网联汽车的信息安全。常用的Hsm使用了公私钥进行认证,密钥分配,通信存储加密。为了满足国内的标准,需要支持sm3/sm4算法。sm3/sm4算法的硬件实现速度快,安全性好,实时性... 详细信息

智能网联汽车面临各种攻击,通常采用Hsm(硬件安全模块)来保护智能网联汽车的信息安全。常用的Hsm使用了公私钥进行认证,密钥分配,通信存储加密。为了满足国内的标准,需要支持sm3/sm4算法。sm3/sm4算法的硬件实现速度快,安全性好,实时性佳,较软件实现更适合于车载Hsm模块中,因此对于sm3/sm4算法的硬件设计研究十分有必要。Hsm内部哈希/对称算法采用sm3/sm4,根据对Hsm架构的分析,设计了HMAC-sm3/sm4-CBC硬件架构。HMAC-sm3主要由两个模块组成,sm4-CBC主要由三个模块组成。为提高算法的安全性,HMAC-sm3在预处理模块中加入密钥并利用状态机跳转完成对密钥及输入数据的迭代计算;sm4-CBC在密钥扩展模块中采用递推法产生密钥运算过程的关键参数cki。为减少硬件资源的开销,HMAC-sm3在消息扩展中提前生成消息字;sm4-CBC在数据管理模块中将合成变换的操作提前计算。为提高算法的吞吐率,HMAC-sm3在预处理模块/sm4-CBC在加解密模块中均采用插入寄存器的方式进行流水线设计以降低多组数据处理时所需的时钟周期。本文对两个算法各个模块的实现方式、状态跳转进行了详细地描述,实现了Hsm规范的需求与功能。仿真表明所设计的算法功能无误,FPGA报告显示HMAC-sm3使用了4118个LUT,4084个FF逻辑单元,最高时钟频率150MHZ,最大吞吐率2.02Gbps。sm4-CBC使用了2771个LUT,2228个FF逻辑单元,最高时钟频率105MHZ,最大吞吐率1.12Gbps,均达到了预期性能指标。本设计可为同类算法设计提供参考,具有良好的发展前景和实际价值。

关键词： Hsm sm3 sm4 FPGA 硬件加速

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sm2和sm4混合加密算法的改进与应用

SM2和SM4混合加密算法的改进与应用

作者：刘见龙内蒙古大学

学位级别：硕士

在科学技术高度发达的当代社会,信息安全在人类的生产和生活中扮演着越来越重要的角色。该领域研究的主要内容是使各种信息数据安全有效的送达目的地。密码学是信息安全学科的理论基础,随着计算机的不断普及,密码学的应用也从单纯的国... 详细信息

在科学技术高度发达的当代社会,信息安全在人类的生产和生活中扮演着越来越重要的角色。该领域研究的主要内容是使各种信息数据安全有效的送达目的地。密码学是信息安全学科的理论基础,随着计算机的不断普及,密码学的应用也从单纯的国防领域扩展到了各行各业。特别是在网络安全方面的使用,时时刻刻地影响着我们每个人的经济利益乃至人身安全。2012年3月21日,中国国家密码管理局公布了六项行业标准。本文对这六项标准中的sm2和sm4算法分别进行了研究,并对其现有的混合加密算法使用C++语言进行了实现。目前己有研究表明sm4算法存在被快速破译的风险,故本文在原有的sm2和sm4混合加密算法的基础上提出了一种改进方案并实现,将二进制伪随机序列引入了明文的处理过程,然后再使用sm2算法将二进制伪随机序列和sm4算法的密钥在通信双方之间进行交换。该改进方案使明文多了一层安全保障,使得原有混合加密算法的安全性进一步提高。本文使用C#语言采用C/S结构设计并实现了一套Wi-Fi热点管理系统,将混合加密算法的改进方案应用其中,该系统改变了原有用户认证方式中的核心算法MD5安全性下降的问题,一定程度上提高了Wi-Fi热点的创建者和使用者的安全。

关键词： sm2 sm4 混合加密算法二进制伪随机序列 Wi-Fi安全