利用FPGA來(lái)實(shí)現RC6算法的設計與研究

引 言

　　RC6是作為AES(Advanced Encryption Standard)的候選算法提交給NIST(美國國家標準局)的一種新的分組密碼。它是在RC5的基礎上設計的，以更好地符合AES的要求，且提高了安全性，增強了性能。根據AES的要求，一個(gè)分組密碼必須處理128位輸入／輸出數據。盡管RC5是一個(gè)非?？斓姆纸M密碼，但它處理128位分組塊時(shí)用了2個(gè)64位工作寄存器；而AES目前在講究效率和簡(jiǎn)潔方面不支持64位操作，于是RC6修正這個(gè)錯誤，使用4個(gè)32位寄存器而不是2個(gè)64位寄存器，以更好地實(shí)現加解密。利用FPGA來(lái)實(shí)現RC6算法，可以提高運算速度。芯片設計為RC6算法處理器，輔助計算機處理器完成加解密操作，可以方便地實(shí)現對加解密的分析和研究。因此，此芯片可以作為協(xié)處理器來(lái)看待。

　　1 RC6算法

　　1.1 RC6算法概述

　　RC6秉承了RC5設計簡(jiǎn)單、廣泛使用數據相關(guān)的循環(huán)移位思想，同時(shí)增強了抵抗攻擊的能力，改進(jìn)了RC5中循環(huán)移位的位數不依賴(lài)于寄存器中所有位的不足。RC6新的特色是輸入的明文由原先2個(gè)區塊擴展為4個(gè)，另外在運算方面則是使用了整數乘法，而整數乘法的使用則在每一個(gè)運算回合中增加了擴散(diffusion)的行為，并且使得即使很少的回合數也有很高的安全性。同時(shí)，RC6中所用的操作可以在大部分處理器上高效率地實(shí)現，提高了加密速度。RC6是一種安全、架構完整而且簡(jiǎn)單的區塊加密法。它提供了較好的測試結果和參數方面相當大的彈性。RC6可以抵抗所有已知的攻擊，能夠提供AES所要求的安全性，可以說(shuō)是近幾年來(lái)相當優(yōu)秀的一種加密法。

　　RC6不再使用2個(gè)64位工作寄存器，而是用4個(gè)32位寄存器。這就使得在每次循環(huán)中要進(jìn)行2次循環(huán)移位操作，讓更多的數據位來(lái)決定循環(huán)次數。RC6把明文分別存在4個(gè)區塊A、B、C、D，剛開(kāi)始分別包含明文的初始值，加密運算后則為4個(gè)密文的輸出值。

　　1．2 RC6的工作原理

　　RC6是參數變量的分組算法，實(shí)際上是由3個(gè)參數確定的一個(gè)加密算法族。一個(gè)特定的RC6可以表示為RC6一w／r／b，3個(gè)參數w、r和b分別為字長(cháng)、循環(huán)次數和密鑰長(cháng)度。AES中，w=32，r=20。本設計中，密鑰長(cháng)度b為128位(16字節)。RC6用4個(gè)w位的寄存器A、B、C、D來(lái)存放輸入的明文和輸出的密文。明文和密文的第一個(gè)字節存放在A(yíng)的最低字節，經(jīng)過(guò)加解密后，得到的明文和密文的最后一個(gè)字節存放在D的最高字節。

　　1．2．1 RC6一w／r／b基本運算

　　基本運算共有如下6種：①模2w加算運算，表示為“+”；②模2w減法運算，表示為“一”；③逐位異或運算，表示為“⊕”；④循環(huán)左移，字a循環(huán)左移b位表示為“ab”；⑤循環(huán)右移，字a循環(huán)右移b位表示為“a>>>b”；⑥模2w乘法，表示為“×”。

　1．2．2 RC6一w／r／b加密算法

　　輸入：明文存放在4個(gè)w位輸入寄存器A、B、C、D