[发明专利]一种基于FPGA的抗DPA攻击的AES加密方法

权利要求书

1.一种基于FPGA的抗DPA攻击的AES加密方法，包括以下步骤：

S10，掩码选择模块将明文与随机掩码进行明文掩码操作；

S20，送入数据加密流水线和密钥扩展流水线对数据进行加密；

S30，掩码解除模块解除随机掩码对加密数据的影响；

所述S10，S20，S30步骤中，明文m长度为固定128bit，密钥k长度为128bit或192bit或256bit；将m和k首先以Byte为单位划分为mi，ki，将mi和ki排列为以4Byte为一列的矩阵，将矩阵的第i列各记为Mi，Ki；

所述S10中，掩码选择模块包括计数器，和掩码选择器；其中计数器模拟随机数生成器；掩码选择器根据计数器的计数值，选择相应的掩码传送给掩码解除模块；

所述S20中，密钥扩展流水线为数据加密流水线提供轮密钥，其中数据加密流水线包括若干轮函数模块，每个轮函数模块包括字节替换单元、行移位单元、列混淆单元和轮密钥加单元；密钥扩展流水线包括若干轮密钥生成模块，每个轮密钥生成模块包括简单密钥扩展单元和复杂密钥扩展单元，密钥扩展轮数分为i mod 4！＝0和i mod 4＝＝0两部分；

所述S30中，掩码解除模块将S20的输出数据异或S10传送过来的掩码值，将数据还原为原始加密状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S10包括随机数模拟和掩码生成，包括以下步骤：

S11，计数器模拟随机数，计数值为cnt。

S12，掩码生成单元根据cnt产生相应的128位掩码值mask_long和与mask_long一一对应的掩码号mask_num。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述S20中，包括轮函数和密钥扩展，轮函次数和密钥扩展次数由明文长度和密钥长度共同决定，字节替换单元根据mask_num选择相应的字节替换表sTable_mask，对密文c进行字节替换。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述sTable_mask的计算方法为，假设待替换字节为x1i，则有每个sTable_mask大小为256Byte。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述sTable_mask按自然增长的顺序存储在一个rom中，记为sTable_new，大小为掩码总数量*256Byte；根据mask_num和前级数据的值对sTable_new进行字节替换操作。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述字节替换单元的替换方法为，根据mask_num值选定待查sTable_mask在sTable_new中的地址范围，再根据x1i作为sTable_new相应的地址，读rom。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述行移位单元，将字节替换完成后的数据以Byte为单位排列为以4Byte为一列的矩阵，将矩阵的每行以字节单位循环移位。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述列混淆单元，为矩阵H和X相乘，将所述矩阵H中的03元素进行拆分，即03＝01+02，将相乘操作转换为移位异或操作，如果该值的最高位为1，则再将移位后的结果异或0x1b。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述轮密钥加单元，将轮密钥值与前级输出的数据进行异或操作，得到本级数据；所述轮密钥生成模块，前4列密钥为种子密钥，对于之后的密钥，当i mod 4！＝0时，有反之有

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述RotByte(·)为循环上移1Byte操作；所述sTable_Origin(·)是以·的值为地址对sTable_Origin进行Rom查表操作。