[发明专利]基于数据冗余实时检错机制的循环展开结构AES加/解密电路

说明书

技术领域

本发明属于密码电路实现技术领域，特别是涉及一种基于数据冗余实时检错机制的循环展开结构AES加/解密电路。

背景技术

AES（Advanced Encryption Standard，高级加密标准）是由美国国家标准与技术研究院2001年制定的新一代分组对称密码算法，用于取代原来的DES（Data Encryption Standard，数据加密标准）。AES密码算法的数据分组长度为128比特，密钥长度有128，192和256比特三种。AES规定，根据这三种不同的密钥长度，加密过程分别需要进行10，12和14轮轮变换运算，每一个轮变换运算又包括字节替换，行移位，列混合和密钥加四个子运算，除了最后一轮。为了消除对称性，最后一轮轮变换不包含列混合运算，并且在第一轮轮变换运算之前加上一次密钥加运算。AES解密过程为加密过程的逆过程，因此也分别需要进行10，12和14轮轮变换运算，且每一轮轮变换包括逆字节替换，逆行移位，逆列混合和逆密钥加四个子运算，除了第一轮。第一轮轮变换不包括逆列混合运算，在最后一轮运算结束后还需要加上一次逆密钥加运算。

根据不同的应用需求，AES采用不同的实现架构。参见图1，AES加/解密电路实现架构一般可分为两种：循环展开结构和全展开结构。循环展开结构中使用了N_k（1≤N_k≤N_r, N_r=10/12/14）个轮变换单元（包括独立的密钥加运算），与全展开结构相比，循环展开结构需要更小的电路面积，特别是当N_k=1时（N_k=1时又称为全循环结构），循环展开结构具有最小的电路面积。但循环展开结构需要迭代⌈N_r /N_k⌉次才能得到最终结果，因此数据处理速度比较低。循环展开结构用于要求电路面积小、数据速率不高的场合，如无线传感网，RFID等。循环展开结构还可以根据具体应用需求对电路面积和速度的进行折衷。全展开结构使用了N_r+1个轮变换电路单元，电路面积大，但数据不需要反馈，数据处理速度高。全展开结构还可以通过增加流水线级数的方式来加快数据处理速度。全展开结构适用于高速数据实时处理场合，如实时视频信号传输等。

错误注入攻击是一类针对密码系统旁路攻击方式，攻击者通过电磁、激光等手段向密码硬件电路中注入错误，使密码设备产生错误消息，因而使解密方得不到正确的信息认证而拒绝服务，更进一步，攻击者可以通过差分错误分析得到系统密钥。另外一些极端条件应用环境，如高空环境、深海环境，对设备要求可靠性较高。

针对错误注入攻击，以及一些极端条件应用环境对设备高可靠性的要求，传统的解决方案主要采用结构冗余检错机制，即将采用多个相同功能的电路，同时对同一组数据进行处理，并将结果数据进行比较。一个简单的结构冗余检错机制的电路原理框图如图2所示，电路1和电路2具有相同的运算功能，电路1和电路2对数据A同时进行处理，比较器对电路1和电路2的输出结果进行比较，如果电路1和电路2的输出结果相同，则电路工作正常，如果电路1和电路2的输出结果不同，则电路工作发生异常。结构冗余检错机制需要增加大量冗余电路来实现检错功能。

发明内容

本发明针对背景技术中结构冗余检错机制需要增加大量冗余电路来实现检错功能的技术问题，提出了一种基于数据冗余实时检错机制的循环展开结构AES加/解密电路，用于抵御错误注入攻击和提高AES密码电路可靠性。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种基于数据冗余实时检错机制的循环展开结构AES加/解密电路，包括AES加/解密单元和检测单元，以及数据输入端口、检测输出端口和数据输出端口；

所述AES加/解密单元由N_k个轮变换单元和两个二选一选择器构成，所述两个二选一选择器分别为第一选择器、第二选择器；2≤N_k≤N_r+1，N_r为AES标准所规定的轮变换运算数量；