[发明专利]一种国密SM4分组密码算法的加密优化方法及装置

说明书

本发明提供了一种国密SM4分组密码算法的加密优化方法及装置，本发明采用了普及率最高的姚氏乱码电路协议作为安全多方计算协议，利用姚氏乱码电路协议的优化和SM4算法门电路实现的优化，能够实现SM4算法的安全多方加密，且减少线上交互规模，进而加快了运算速度，降低了运算成本。

技术领域

本发明属于加密优化技术领域，具体涉及一种国密SM4分组密码算法的加密优化方法及装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着计算机网络和通信的高速发展，安全多方计算使用场景日益丰富，在电子选举、门限签名、电子拍卖等众多场景下都需要用到安全多方计算。SM4算法是商用分组密码算法标准，应用范围十分广泛。因此，利用安全多方计算高效地实现SM4算法加密不仅用途广泛，也是生产生活中的迫切需求。

但据发明人了解，目前互不信任的双方在不知道对方所掌握的消息下获得SM4加密后的密文过程较为复杂，具有较大的线上交互规模，运算速度低，运算成本高，且双方各自所持有的消息容易泄露。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种国密SM4分组密码算法的加密优化方法及装置，本发明采用了普及率最高的姚氏乱码电路协议作为安全多方计算协议，利用姚氏乱码电路协议的优化和SM4算法门电路实现的优化，能够实现SM4算法的安全多方加密，且减少线上交互规模，进而加快了运算速度，降低了运算成本。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种国密SM4分组密码算法的加密优化方法，包括以下步骤：

每一轮加密过程中，对轮函数进行以下优化：

复用AES的S盒中的非线性变换部分作为SM4算法的S盒的非线性变换部分；

将非线性变换之前的仿射变换和线性变换合成一个仿射变换，将非线性变换之后的线性变换和仿射变换合成一个仿射变换；

通过启发式算法减少两个新的仿射变换所需的异或门个数；

将线性层部分转换为矩阵，并通过启发式算法减少门电路所需异或门个数。

作为可选择的实施方式，还包括利用ABY库作为姚氏乱码电路实现的平台，利用乱码行缩减技术、FreeXOR技术或半门技术对姚氏乱码电路进行优化的步骤。

作为进一步的限定，所述步骤与每一轮加密过程中，对轮函数进行的优化步骤并行。

作为可选择的实施方式，复用AES的S盒中的非线性变换部分作为SM4算法的S盒的非线性变换部分的具体过程包括：先对SM4算法的S盒的输入进行仿射变换，然后进入AES算法的S盒，再对AES算法的S盒的输出进行仿射变换，得到SM4算法的S盒的输出。

作为进一步的限定，对于AES算法的S盒，将求逆部分分解成一个顶层线性变换、非线性变换和一个底层线性变换的组合。

作为进一步的限定，所述启发式算法为启发式的贪心算法。

作为可选择的实施方式，将线性层部分转换为矩阵的具体过程包括，将线性变换用矩阵表示，使用启发式的贪心算法，找到减少异或门数量以实现线性变换的电路。

一种国密SM4分组密码算法的加密优化装置，包括：

非线性层优化模块，被配置为复用AES的S盒中的非线性变换部分作为SM4算法的S盒的非线性变换部分；将非线性变换之前的仿射变换和线性变换合成一个仿射变换，将非线性变换之后的线性变换和仿射变换合成一个仿射变换；通过启发式算法减少两个新的仿射变换所需的异或门个数；

线性层优化模块，被配置为将线性层部分转换为矩阵，并通过启发式算法减少门电路所需异或门个数。