一种基于复合域的国密SM4算法快速软件实现方法

摘要：

成为ISO/IEC国际标准算法后,SM4的性能受到更多关注.目前针对SM4算法实现效率提升的方法主要集中在缩短S盒的运算时间,其中采用复合域实现的方法大都基于AES算法实现的复合域,而在GF((24)2)上鲜有针对SM4算法软件实现的复合域被提出.本文首次在GF((24)2)上找到了一个针对SM4算法S盒软件实现的复合域,给出一种基于复合域的SM4算法快速软件实现方法,使用穷举搜索和数学分析优化了算法S盒的复合域数学构造,构建了同构映射矩阵及其最小化目标函数,仅使用175个门函数就完成了 S盒运算,平均每个输出比特占用22个门函数.基于比特切片技术,利用扩展指令集AVX2实现了 SM4算法256组消息的并行化加密.每字节加解密平均耗时仅6.5个时钟周期.对硬件依赖程度低,经测试在Intel i5、Intel i7和AMD R7环境下均能显著提升SM4算法的计算效率,对有相似S盒结构的密码算法快速软件实现具有重要的参考价值.

关键词：SM4算法、S盒、复合域、比特切片、AVX2扩展指令集

所属期刊栏目：10

分类号：TP309.7(计算技术、计算机技术)

资助基金：北京市自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-05-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共17页

页码：289-305