电子产品世界

0 引言
密码模块是安全保密系统的重要组成部分，其核心任务就是加／解密数据。目前，分组密码算法AES以其高效率、低开销、实现简单等特点被广泛应用于密码模块的研制。随着计算机信息技术和超大规模集成电路技术的成熟与发展，通过硬件来实现密钥模块的内部运作，可保证在外界无密钥的明文流动，能够实现真正意义上的保密。此外，硬件实现还具有高速、高可靠性等特点。目前许多AES算法的硬件实现采用基于RAM查找表方式来实现算法中最关键的SubBytes部分。本文采用复合域来实现SubBytes部分的求逆运算，以便于采用组合逻辑减小面积。同时采用加／解密运算中列变换的部分电路进行复用，从而进一步节省实现面积。这样可以使AES密码应用于RFID系统，IC卡等面积要求较小的场合。

1 AES算法简介
AES算法是一种迭代型分组密码，其分组长度和密钥长度均可变，各自可以独立指定为128 b，192 b，256 b。本文主要讨论分组长度和密钥长度为128 b的情况。AES算法是将输入的明文(或密文)分成16个字节，在第一个Add Round Keys变换后进入10轮迭代。迭代过程的前9轮完全相同，依次经过字节代替(substitute bytes)、行移位(shift rows)、列混合(mixcolumns)、轮密钥加(add round keys)，最后一轮则跳过了列混合(mix columns)。解密过程与加密过程类似，但执行顺序与描述内容有所不同，因此AES算法的加解密运算需要分别实现。

2 AES算法的硬件设计
根据AES算法的原理和基本结构，将整个AES算法模块分成4个相对独立的子模块：接口模块、控制单元模块、加解密运算模块、密钥扩展模块。本文所设计的密码算法不包括密钥发生器，所用的密钥通过接口模块由外部输入，加解密运算后的数据经输出接口输出。AES算法模块的总体结构如图1所示。

2．1 接口模块的设计
输入接口模块的主要任务是：将数据传送到加解密运算模块，将外部输入的密钥传送到密钥扩展模块。由于明文和密钥输入都是128位，将导致整个模块的输入／输出过多，占用太多资源，考虑到本文的设计主要应用于对面积要求较小的场合使用，如RFID系统中数据的传输，即每次传输的数据是64位，故采用4个32位寄存器，在时钟的控制下每次输入1组32位，通过4个时钟周期可得到128位的数据，可以有效减少资源的占用。输出接口模块的作用是将128位的解密运算结果输出，同样也采取32位分4组输出的方法。

1 2 3

关键词：AES密码算法硬件实现