24、分组密码结构的硬件性能表征

分组密码结构的硬件性能表征

1. 引言

在密码学领域，分组密码的硬件性能是一个关键考量因素。为了评估不同分组密码结构的硬件性能，需要综合考虑门电路数量、延迟、安全性等多个方面。本文将对嵌套SPN（Substitution-Permutation Network）和Feistel网络这两种常见的分组密码结构进行硬件性能分析。

2. 背景知识

2.1 S盒的性质

S盒在密码的安全性中起着重要作用，特别是在抵抗差分密码分析和线性密码分析方面。一个$m×n$的S盒$S$将一个$m$位的输入$X$映射到一个$n$位的输出$Y$。对于密码中的所有S盒${S_i}$，最大差分概率$p_s$和最大线性概率$q_s$的定义如下：
- 最大差分概率：$p_s = \max_{i}\max_{\triangle X\neq0,\triangle Y} prob{S_i(X) \oplus S_i(X \oplus \triangle X) = \triangle Y}$
- 最大线性概率：$q_s = \max_{i}\max_{\Gamma Y \neq0,\Gamma X} (2\times prob{X \cdot \Gamma X = S_i(X) \cdot \Gamma Y } - 1)^2$

在本文中，假设所有$4×4$的S盒满足$p_s, q_s \leq 2^{-2}$，所有$8×8$的S盒满足$p_s, q_s \leq 2^{-6}$。许多提出的密码如Serpent、Rijndael、Hierocrypt - 3和Camellia的S盒都具有这些特性。

2.2 MDS映射

在伽罗瓦域$GF