[发明专利]一种提高键入-散列法运算速度的方法和装置

说明书

本发明涉及一种提高键入‑散列法运算速度的方法和装置。通过对HMNAC‑SHA‑1算法处理流程进行调度优化，取消等待SHA‑1的计算时间，实现了HMNAC‑SHA‑1算法全流水化，极大的提高了数据吞吐率,尤其在大流量处理数据流时，单线程HMAC‑SHA‑1算法能够达到61.44Mbps per MHz数据吞吐率，提升了近10倍的传输效率，能够满足现有网络安全通信设备对大量流数据的处理要求。

技术领域

本发明涉及数据通信领域，具体涉及一种提高键入-散列法运算速度的方法和装置。

背景技术

随着信息社会的发展，数据交换，网上交易等活动的频繁，数据安全和数据加密日益重要，众多的安全协议和加密标准也应运而生。一种基于散列函数的键入-散列法(Keyed-Hashing for Message Authentication，HMAC)是一个公开的协议，是一种基于密钥的报文完整性的验证方法，其安全性是建立在Hash算法的基础上。它要求通信双方共享密钥、约定算法、对报文进行Hash运算，如MD5、SHA-1、RIPEMD-160等，形成固定长度的认证码(MAC)。通信双方通过认证码的校验来确定报文的合法性，可以对信息来源进行身份认证并且可以防止信息的非法改写、伪造。专利03102441.6《一种提高键入-散列法运算速度的方法》已经给出了一种嵌入信息-摘要散列函数(MD5)的键入-散列法(HMAC-MD5)的实现方法。

本发明所关注的是一种安全散列函数(Secure Hash Standard，SHA-1)的键入-散列法，即安全散列算法相关联的键入散列法(HMAC-SHA-1)。HMAC-SHA1是用于网络安全，对信息进行加密的一种方法，它对任意信息长度的信息，通过其不可逆的字符串变换算法进行处理，得到几乎唯一的固定长度的摘要值(不同信息产生同一结果的可能性可以忽略不计)，其目的是确保数据的来源是可信且在传输过程中没被修改过。

图1所示为现有的HMAC-SHA-1算法流程示意图。其中，图中的b等于512，n等于160，K是输入密钥。在密钥K的左边添加0来创建一个字长为512bits字节串K+。例如：输入密钥K长度为64bits，而b＝512bits，则K左边会加入56个零字节0x00。算法的具体处理过程分为以下步骤：

首先，将K+与一个固定字符串ipad做异或运算产生一个b bits的分组Si，将待加密的报文M填充至Si后，使用SHA-1算法计算填充后的数据流，并输出结果，作为下一次计算的报文信息；

其次，将K+与一个固定字符串opad(与ipad不相同的固定字符串)做异或运算产生一个b bits的分组So，并将前一步的计算结果填充至So后，再次使用SHA-1算法计算填充后的数据流，并输出最终结果。

图2所示为现有技术SHA-1算法结构示意图。在该算法中，首先把待加密的报文信息的位流填充成512的整数倍，然后将已填充好的报文信息分成若干个512位块即K0～KL，每512位块作为一个输出；每个运算单元即SHA-1方框有两个输入：一是已经填充过的512位块的报文信息，另一个是运算初始值，即上一个运算单元经过80轮运算后得到的160位结果(第一个运算单元的初始值是给定的)，这样直到最后一个块运算完毕后就得到SHA-1算法输出的160位摘要值；

SHA-1算法的核心是进行四轮运算，每轮执行20步迭代，一次完整的SHA-1压缩流程如图3所示；

每次迭代的基本操作如图4所示，图4中的S⁵表示对32位变量循环左移5位，S³⁰表示对32位变量循环左移30位，f_t为基本逻辑函数，K_t为加法常量，与t相关，具体定义如下：

当t＝0～19，f_t(B,C,D)＝(B AND C)OR((NOT B)AND D),K_t＝0x5A827999；