基于cuda的aria對(duì)稱分組密碼算法并行化方法
【專利摘要】本發(fā)明基于CUDA編程架構(gòu)為使用四個(gè)S盒的ARIA對(duì)稱分組密碼算法提供三種粒度的并行化方法。首先對(duì)ARIA對(duì)稱分組密碼算法的輪函數(shù)進(jìn)行化簡(jiǎn)，使輪函數(shù)轉(zhuǎn)換為多次查找表操作和異或操作。然后根據(jù)輪函數(shù)的化簡(jiǎn)結(jié)果和CUDA編程架構(gòu)的特點(diǎn)提出三種粒度的并行化方法，同時(shí)提出ARIA對(duì)稱分組密碼算法在CUDA編程架構(gòu)上的存儲(chǔ)器映射方案和線程映射方案。本發(fā)明提出的并行化方法可以提高ARIA對(duì)稱分組密碼算法加密解密的速度，其在商業(yè)應(yīng)用和科學(xué)研究領(lǐng)域均具有廣泛地實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
【專利說明】基于CUDA的ARIA對(duì)稱分組密碼算法并行化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了針對(duì)ARIA對(duì)稱分組密碼算法的并行化方法，具體涉及一種含四個(gè)S盒的ARIA對(duì)稱分組密碼算法和基于CUDA (Compute Unified Device Architecture)編程架構(gòu)的并行算法設(shè)計(jì)，屬于計(jì)算機(jī)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]ARIA對(duì)稱分組密碼算法
[0003]ARIA是一種采用四個(gè)S盒的對(duì)稱分組密碼算法，可以使用128、192、256比特位三種密鑰長(zhǎng)度，對(duì)應(yīng)的加密輪數(shù)分別為12、14、16輪。本發(fā)明采用128比特位密鑰長(zhǎng)度說明并行化方法。加密之前需要計(jì)算出所有的輪密鑰，即密鑰擴(kuò)展算法，加密的具體過程如如圖1所示，若采用n輪輪函數(shù)的ARIA對(duì)稱分組密碼算法，則前n-1輪每一輪的輪函數(shù)由以下三個(gè)部分組成:
[0004](I)輪密鑰加(Round Key Addition)每個(gè)數(shù)據(jù)分組與一個(gè)輪密鑰(Round-key)進(jìn)行異或。
[0005](2)置換層(Substitution Layer)如圖2,圖3所示，ARIA對(duì)稱分組密碼算法的
置換層需要用四個(gè)S盒6-1301)，包括51、32、&1和5<21。置換層共有兩種，其中一種用在奇
數(shù)輪，另一種用在偶數(shù)輪。其中每一個(gè)S盒是一個(gè)8比特位的16行16列的替換表。以SI盒中的替換為例，S1 (0x00) =0x63, S1 (0x05)=0x6Bo
[0006](3)擴(kuò)散層(Diffusion Layer)將一個(gè)16字節(jié)的輸入線性映射為16字節(jié)的輸出函數(shù)，其映射關(guān)系為I個(gè)16X16的二進(jìn)制自逆矩陣。
[0007]
【權(quán)利要求】
1.基于CUDA的ARIA對(duì)稱分組密碼算法并行化方法，其特征在于: (1)根據(jù)ARIA對(duì)稱分組密碼算法的特點(diǎn)將輪函數(shù)化簡(jiǎn)為多次查找表操作和異或操作； (2)基于CUDA編程架構(gòu)的三種粒度并行化方法； (3)ARIA對(duì)稱分組密碼算法中的S盒、輪密鑰、明文、密文的存儲(chǔ)器分配方案； (4)ARIA對(duì)稱分組密碼算法三種不同粒度并行化方法的線程映射方案。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的輪函數(shù)簡(jiǎn)化方案包括將ARIA對(duì)稱分組密碼算法輪函數(shù)中的輪密鑰加、置換層和擴(kuò)散層進(jìn)行合并轉(zhuǎn)換，將其化簡(jiǎn)為多次查找表操作和異或操作。其中奇數(shù)輪和偶數(shù)輪的輪函數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果根據(jù)二者置換層的不同，化簡(jiǎn)為不同的查找表。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的基于CUDA編程架構(gòu)的三種粒度并行化方法，其特征在于:每個(gè)CUDA中的線程處理ARIA對(duì)稱分組密碼算法明文分組粒度不同，具體為:方法一為單線程處理一個(gè)ARIA對(duì)稱分組密碼算法明文分組、方法二為4個(gè)線程處理一個(gè)ARIA對(duì)稱分組密碼算法明文分組、方法三為16個(gè)線程處理一個(gè)ARIA對(duì)稱分組密碼算法明文分組。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的ARIA對(duì)稱分組密碼算法中的S盒、輪密鑰、明文、密文的存儲(chǔ)器分配方案，其特征在于:權(quán)利要求3所述的方法一中，S盒和輪密鑰存儲(chǔ)在共享存儲(chǔ)器上，而明文和密文存儲(chǔ)在寄存器上；權(quán)利要求3所述的方法二和方法三中，S盒、輪密鑰、明文存儲(chǔ)在共享存儲(chǔ)器上，而密文存儲(chǔ)在寄存器上。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的ARIA對(duì)稱分組密碼算法三種不同粒度并行化方法的線程映射方案，其特征在于:權(quán)利要求3所述的方法一中，每I個(gè)線程負(fù)責(zé)處理一段連續(xù)全局存儲(chǔ)器空間中的明文數(shù)據(jù)；權(quán)利要求3所述的方法二中，每4個(gè)線程負(fù)責(zé)處理一段連續(xù)全局存儲(chǔ)器空間中的明文數(shù)據(jù)；權(quán)利要求3所述的方法三中，每16個(gè)線程負(fù)責(zé)處理一段連續(xù)全局存儲(chǔ)器空間中的明文數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G06F9/46GK103490877SQ201310401251
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】肖利民, 李勇男, 李映, 阮利 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)