23、超越极限：亚原子级AES加密技术解析

超越极限：亚原子级AES加密技术解析

1. 引言

近年来，小型且资源受限的计算平台和嵌入式系统无处不在。随着物联网（IoT）的发展，这些系统之间以及与云端更强大的专用服务器或应用程序的连接日益紧密。设备上的敏感数据（如固件或个人数据）的通信需要加密保护。

为解决这一问题，人们设计了许多新的分组密码，如NOEKEON、PRESENT、KATAN等。然而，这些新密码的信任度和普及程度远不及经过严格审查的高级加密标准（AES）。因此，近年来对AES轻量级实现的研究逐渐兴起。轻量级通常指低面积、低能耗的设计，可能会以稍增加延迟为代价。其具体定义和理想权衡通常取决于实际应用场景，多数场景不需要批量加密，而是用于保护少量数据传输或智能卡认证，硬件面积至关重要，且对延迟有一定容忍度。

以下是一些AES实现的相关信息：
| 实现方式 | 数据路径宽度 | 设计大小（GE） | 特点 |
| — | — | — | — |
| [23] | 32位串行 | 5389 | 采用塔域方法实现S盒 |
| [12] | - | 3400 | 面积显著减小，但延迟超1000个时钟周期 |
| [16] | 8位串行 | - | 实现了8位串行架构的最小运行时间 |
| [21] | 8位串行 | - | 仅用于加密设计 |
| [3,4] | - | - | 将[21]的设计扩展为加密/解密设计 |
| [20] | - | 加密小于2000GE | 针对英特尔22nm三栅极工艺定制，无明显的加密/解密组合实现 |

2. 背景

2.1 高级加密标准（AES）