基于FPGA的高性能可扩展SM4-GCM算法实现

摘要：

在大数据和5G技术蓬勃发展的背景下,高速通信系统中的信息加密成为了新的研究热点,如何在保证数据高安全性的同时,提高数据吞吐率,降低加密算法适配不同应用场景的难度成为了重要的研究课题.针对传统软件实现的SM4-GCM算法吞吐率小、难以在多变的5G及大数据场景下应用的问题,文中基于FPGA可重构的特点,深入剖析SM4-GCM算法的特征,利用Mastrovito算法、Karatsuba算法、快速求余算法,设计了两种高性能、数控分离、可扩展的电路结构,分别采用全流水线技术和四度并行技术对SM4-GCM算法进行加速优化,在保证高安全性的同时,达到了较高吞吐率,并且可灵活移植于各种应用场景.实验结果表明,所提出的两种方案中的单个SM4-GCM模块的吞吐率分别达到了28.16Gbps和28.8Gbps,在性能、可扩展性等方面均优于同类已发表的设计.

关键词：SM4、伽罗华/计数器模式、FPGA、高吞吐率、可扩展

所属期刊栏目：49

分类号：TP309(计算技术、计算机技术)

资助基金：国家自然科学基金;国家重点研发计划

在线出版日期：2022-10-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：74-82