小面积高吞吐率AES_CCM协议的FPGA优化设计  

作　　者：郭业才[1] 黄昱松 苗韵 傅建军 

机构地区：[1]南京信息工程大学电子与信息工程学院,江苏210044 [2]中国电子科技集团公司第五十八研究所,江苏214072

出　　处：《网络安全技术与应用》2023年第11期21-25,共5页Network Security Technology & Application

基　　金：民品产业基金(MZXD22001)。

摘　　要：随着无线网络安全越来越受到重视,IEEE 802.16e、IEEE 802.15.4和IEEE 802.11等标准规定了AES-128-CCM加密协议作为安全标准,后来IEEE 802.15.4标准和IEEE 802.11标准又定义了AES-256-CCM作为安全扩展。本文基于AES-CCM加密和认证可同时处理的特点,提出一种AES-CCM协议小面积高吞吐率的硬件实现方案。该方案在一个AES加密核心中插入流水线,形成循环反馈流水线结构,使CBC-MAC模式和CTR模式可以在同一轮内运行,在保证小面积的同时,提高吞吐率。此外,在S盒的实现中利用同构映射的方法,同时考虑到FPGA本身大颗粒度的特点,将复合域GF(28)上的求逆运算映射到GF((22)4)而不是GF(((22)2)2)上,进一步降低面积。同时,重排AES-256的密钥扩展,将原本AES-256中一轮进行的密钥扩展拆分成两轮进行,使子密钥的生成与AES轮模块一一对应,不需要额外的存储器,并使用选择器与AES-128-CCM共用密钥扩展逻辑。实验表明,该方案能在保持AESCCM核心小面积的基础上提高吞吐率。

关 键 词：AES-CCM协议 加密认证 S盒 密钥扩展 流水线 现场可编程门阵列 

分 类 号：TN915.04[电子电信—通信与信息系统] TN791[电子电信—信息与通信工程]