基于与异或非图的混合粒度可重构密码运算单元设计

作者：戴紫彬; 张宗仁^*; 刘燕江; 周朝旭; 蒋丹萍

来源：电子与信息学报, 2023, 45(09): 3370-3379.

• 密码运算单元
• 多功能可重构
• 混合粒度
• 与-异或-非图

粗粒度可重构密码逻辑阵列(CGRCA)难以兼容细粒度序列密码算法，且在编码环节功能单元容易出现竞争冲突，进而导致阵列的资源利用率低和延迟大等问题。为此，利用与-异或-非图(AXIG)双逻辑表达的优势，该文提出一种混合粒度的可重构的多功能密码运算单元，并在晶体管级进行了实现验证，可兼容现有序列密码算法中非线性布尔函数，在延迟和面积-延迟积(ADP)方面均有提升。设计了可重构与、异或、与非(RAXN)逻辑元件，可同时重构“And, Xor, Nand”等逻辑功能，并提出了RAXN的晶体管级实现方法和版图结构；提出了基于RAXN的功能扩展方法，实现了全加器功能、与/异或3输入逻辑功能以及乘法部分积生成功能，并作为基本功能单元(RAXN＿U)；结合动态配置和动态调度的思想，利用阵列中互联资源和RAXN＿U，设计一种可同时实现32bit加法、8 bit乘法、CF(28)有限域乘法，以及包括S盒在内的复杂非线性布尔函数的混合粒度多功能密码运算单元(RHMCA)。在CMOS 40 nm工艺进行后端定制化设计，实验结果表明，该文提出的多功能单元较传统的实现方法，延迟最好情况优化1.27 ns，面积-延迟积(ADP)值最大提升44.8%。

• 单位
  中国人民解放军信息工程大学