国密SM4算法CBC模式的高效设计与实现

来源：计算机研究与发展杂志2024年第6期北京时间：

作者：郝泽钰,代天傲,黄亦成,段岑林,董进,吴世勇,张博,王雪岩,贾小涛,杨建磊,

摘要：密码技术是现代信息安全技术产业发展的核心，其中，国密SM4分组密码算法因其硬件实现简单、效率高等优点，已广泛应用于加密传输、加密存储等领域.随着应用领域的不断扩展，对硬件加密效率的需求也随之提高.目前，借助流水线技术，基于ASIC实现的SM4算法在ECB（electroniccodebook）工作模式下能够达到较高的吞吐量.然而，在CBC（cipherblockchaining）模式下，由于相邻的数据存在依赖关系，流水线技术难以提高硬件设计的吞吐率.为解决这一问题，提出了2种逻辑化简方法：一种作用于轮函数迭代过程，另一种作用于S盒置换过程.这2种方法在每一轮迭代的关键路径中均减少了2个异或运算的延时.在TSMC40nm工艺下的ASIC综合结果表明，该设计在CBC模式下的吞吐率达到4.2Gb/s，单位面积吞吐量达129.4Gb·s−1·mm−2，高于已发表的同类设计.

关键词：国密SM4算法, CBC模式, 硬件加速, 高效设计, ASIC,