利用FPGA来实现RC6算法的设计与研究

2009-12-27 16:21:00来源: 北京电子科技学院

  引 言

  RC6是作为AES(Advanced Encryption Standard)的候选算法提交给NIST(美国国家标准局)的一种新的分组密码。它是在RC5的基础上设计的,以更好地符合AES的要求,且提高了安全性,增强了性能。根据AES的要求,一个分组密码必须处理128位输入/输出数据。尽管RC5是一个非常快的分组密码,但它处理128位分组块时用了2个64位工作寄存器;而AES目前在讲究效率和简洁方面不支持64位操作,于是RC6修正这个错误,使用4个32位寄存器而不是2个64位寄存器,以更好地实现加解密。利用FPGA来实现RC6算法,可以提高运算速度。芯片设计为RC6算法处理器,辅助计算机处理器完成加解密操作,可以方便地实现对加解密的分析和研究。因此,此芯片可以作为协处理器来看待。

  1 RC6算法

  1.1 RC6算法概述

  RC6秉承了RC5设计简单、广泛使用数据相关的循环移位思想,同时增强了抵抗攻击的能力,改进了RC5中循环移位的位数不依赖于寄存器中所有位的不足。RC6新的特色是输入的明文由原先2个区块扩展为4个,另外在运算方面则是使用了整数乘法,而整数乘法的使用则在每一个运算回合中增加了扩散(diffusion)的行为,并且使得即使很少的回合数也有很高的安全性。同时,RC6中所用的操作可以在大部分处理器上高效率地实现,提高了加密速度。RC6是一种安全、架构完整而且简单的区块加密法。它提供了较好的测试结果和参数方面相当大的弹性。RC6可以抵抗所有已知的攻击,能够提供AES所要求的安全性,可以说是近几年来相当优秀的一种加密法。

  RC6不再使用2个64位工作寄存器,而是用4个32位寄存器。这就使得在每次循环中要进行2次循环移位操作,让更多的数据位来决定循环次数。RC6把明文分别存在4个区块A、B、C、D,刚开始分别包含明文的初始值,加密运算后则为4个密文的输出值。

  1.2 RC6的工作原理

  RC6是参数变量的分组算法,实际上是由3个参数确定的一个加密算法族。一个特定的RC6可以表示为RC6一w/r/b,3个参数w、r和b分别为字长、循环次数和密钥长度。AES中,w=32,r=20。本设计中,密钥长度b为128位(16字节)。RC6用4个w位的寄存器A、B、C、D来存放输入的明文和输出的密文。明文和密文的第一个字节存放在A的最低字节,经过加解密后,得到的明文和密文的最后一个字节存放在D的最高字节。

  1.2.1 RC6一w/r/b基本运算

  基本运算共有如下6种:①模2w加算运算,表示为“+”;②模2w减法运算,表示为“一”;③逐位异或运算,表示为“⊕”;④循环左移,字a循环左移b位表示为“a<<>>b”;⑥模2w乘法,表示为“×”。

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关键字:FPGA  RC6算法

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/1227/article_875.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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