SM4算法快速软件实现

被引：25

作者：

张笑从 ^{[1
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郭华 ^{[1
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张习勇 ^{[4
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王闯 ^{[1
]}

刘建伟 ^{[2
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机构：

[1] 北京航空航天大学软件开发环境国家重点实验室

[2] 北京航空航天大学空天网络安全工业与信息化部重点实验室

[3] 密码科学技术国家重点实验室

[4] 北京卫星信息工程研究所

来源：

密码学报 | 2020年 / 7卷 / 06期

基金：

国家重点研发计划; 北京市自然科学基金;

关键词：

SM4算法; 软件优化实现; 比特切片; SIMD技术;

D O I：

10.13868/j.cnki.jcr.000407

中图分类号：

TN918.1 [理论];

学科分类号：

070104 ;

摘要：

SM4是对称分组密码国家标准.加解密计算效率是衡量算法实现性能的重要指标,而目前关于SM4软件实现方法方面的研究不多.利用比特切片技术,结合支持单指令多数据(SIMD)的AVX2指令集,本文提出了一种SM4算法的快速软件优化实现方法,使用256位的YMM寄存器实现了SM4算法的256分组数据并行加解密.首先基于已有的选择函数构造了新的选择函数,之后改进了搜索算法,基于新的选择函数和改进的搜索算法化简了S盒的逻辑表达式,将实现逻辑表达式所需的逻辑门电路数量由3000(最简与或式)降至497.在Intel Core i7-7700HQ (Kabylake)@2.80 GHz处理器上,实现速度达到了2580 Mbps,同公开文献中的最好结果 1795 Mbps (Intel Core i7-5500U (Broadwell-U)@2.40 GHz)相比,实现效率提高了43%.基于比特切片技术的软件实现优化方法无需内存或高速缓存查表,因此该方法可抵抗缓存-计时侧信道攻击,从而安全性得到了提升.本文提出的优化方法具有可扩展性,不仅适用于在X86平台上借助拓展指令集AVX2实现,还可利用RISC指令集在资源受限,安全性要求高的ARM等嵌入式平台上实现.此外,新的选择函数和搜索算法具有通用性,可用于其它一般逻辑函数的化简.

引用

页码：799 / 811

页数：13

共 3 条

[1] SM4的快速软件实现技术 [J].

郎欢 ;

张蕾 ;

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[3]

GM/T 0002-2012. SM4分组密码算法[S]. 2012

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