45、新型RC4硬件：实现每时钟周期生成一字节密钥流

新型RC4硬件：实现每时钟周期生成一字节密钥流

在当今的信息安全领域，RC4算法作为一种广泛使用的流密码算法，其硬件实现的效率一直是研究的重点。本文将介绍一种新型的RC4硬件架构，该架构能够在每时钟周期生成一字节密钥流，显著提高了RC4算法的硬件实现效率。

1. 脉冲与锁存器的工作原理

在RC4硬件中，脉冲和锁存器的工作与脉冲的边缘相关。具体来说，锁存器在脉冲的上升沿加载数据，在下降沿释放数据。所有的读取、交换和递增操作都在时钟脉冲的下降沿进行。通过观察可以发现，输出的前两个字节Z1、Z2在第三个时钟周期φ3结束时获得，接下来的两个字节Z3、Z4在第五个时钟周期φ5结束时获得。

2. PRGA阶段的完整电路

PRGA（Pseudo-Random Generation Algorithm）阶段是RC4算法中生成密钥流的重要阶段。其完整电路如图7所示。在该电路中，Li表示由φ2n+i的下降沿操作的锁存器，其中n ≥ 0。例如，标记为L1的锁存器（共四个）在φ1、φ3、φ5等周期的下降沿释放，标记为L2的锁存器（共八个）在φ2、φ4、φ6等周期的下降沿释放。

定理1 ：如图7所示的RC4 PRGA阶段硬件，在初始延迟两个时钟周期后，能够实现每时钟周期生成一字节密钥流。
证明 ：
- 设图7所示的PRGA电路阶段为第n阶段，该阶段实际上表示模型的第n次迭代，会产生输出字节Zn+1和Zn+2。
- 第一个模块（电路1）在φn的下降沿操作，将in递增为in+1和in+2。
- 在φn+1周期，电路2的组合部分开始工作，生成jn+1和j