32、ASIC硬件中流密码的性能分析与设计考量

ASIC硬件中流密码的性能分析与设计考量

1. 流密码概述

流密码在现代通信和安全系统中扮演着重要角色，不同的流密码算法具有各自独特的特点和性能表现。以下将介绍几种常见的流密码及其特性。

1.1 F - FCSR - H

F - FCSR - H的核心数据路径包含20个8位移位寄存器和一个160位非线性移位寄存器。在设计时，需要注意检测全零内部状态，因为当密钥和初始向量（IV）都为全零时会进入该状态，且此状态会持续导致密钥流全为零，进而输出未加密的明文。一种低资源的解决方案是检测全零IV并将最后一位设置为1，这可以通过一个触发器和几个连接到密钥/IV输入的组合门来实现。

1.2 Grain和Grain - 128

Grain有两种版本：Grain - 80适用于80位密钥，Grain - 128适用于128位密钥。它们都支持广泛的并行性，Grain - 80最多可实现×16并行，Grain - 128最多可实现×32并行。这种并行性为在速度、面积和功耗之间进行权衡提供了较大的设计空间。在初始化阶段，Grain - 80的移位寄存器会加载80位密钥和64位IV，然后用16个1进行填充，接着进行160位的移位混合阶段，之后进入运行模式。

1.3 Mickey

Mickey基于一对移位寄存器，有80位和128位密钥及IV的版本。其移位寄存器具有条件跳转的特性，通常通过在反馈异或和中包含前一个状态位并保持单调时钟来实现。在加载密钥之前，状态初始化为零。硬件设计者应检测R或S寄存器中的全零状态，若出现则应禁用密文输出并发出错误信号。

1.4 Moustique

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