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一种高吞吐率国密sm3 硬件ip 核的设计与实现 - 电子器件
第４０卷 第３期 电 子 器 件 Ｖｏｌ４０ Ｎｏ３
２０１７年６ 月 ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｊｕｎｅ ２０１７
Ａ Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｒａｔｅ ＳＭ３ ＩＰ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ∗
１∗ ２
ＣＨＥＮ Ｄｏｎｇｙｕｎ ꎬＬＩ Ｙｕａｎｊｉｎ
(１.Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＧｕｉｙａｎｇ ＣｏｌｌｅａｇｅꎬＧｕｉｙａｎｇ ５５０００５ꎬＣｈｉｎａꎻ
２.ＳＳＩ￣ＬＡＢꎬＳｕｚｈｏｕＪｉａｎｇｓｕ ２１５０００ꎬＣｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎ ｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｏｆ ｉｎｔｅｒｎｅｔｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎꎬａｈｉｇｈｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔｒａｔｅＳＭ３ＩＰ ｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ
ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ. Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ ａｄｏｐｔｓ３￣ｓｔａｇｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｉｎ ｔｈｅ ＳＭ３ｒｏｕｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｓｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ａｎｄ ｔｈｕｓ
ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｌｏｃｋ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙꎬａｎｄ ｅｘｐａｎｄｓ ｔｈｅ ６４ ｒｏｕｎｄｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ６４￣ｓｔａｇｅ ｉｎｔｅｒ￣ｒｏｕｎｄ ｐｉｐｅｌｉｎｅꎬ
ｗｈｉｃｈ ｇｅｔｓ ａ ｔｏｔａｌ １９２￣ｓｔａｇｅ ｐｉｐｅｌｉｎｅꎬａｎｄ ｍａｋｅｓｉｔ ｐｏｓｓｉｂｌｅｆｏｒ １９２ ｍｅｓｓａｇｅｓｄｏｔｈｅ ＳＭ３ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅｔｉｍｅ.ＴｈｉｓＩＰ
ｈａｓ ｂｅｅｎ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ＳＭＩＣ０.１８ μｍ ｐｒｏｃｅｓｓꎬａｎｄ ｇｏｔ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｗｉｔｈ ａ １０２.４ Ｇｂｉｔ/ ｓ ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｒａｔｅ ｗｈｅｎ
ｔｈｅ ｃｌｏｃｋ ｉｓ２００ ＭＨｚꎬｗｈｉｃｈ ｉｓ３９.３％ ｆａｓｔｅｒ ｔｈａｎ ｏｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙꎻＳＭ３ꎻｐｉｐｅ￣ｌｉｎｅꎻｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ ｒａｔｅꎻＩＰ
－
ＥＥＡＣＣ:６１５０Ｐ ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５ ９４９０.２０１７.０３.０２１
一种高吞吐率国密ＳＭ３硬件ＩＰ核的设计与实现∗
１∗ ２
陈冬云 ꎬ李元金
(１.贵阳学院电子与通信工程学院ꎬ贵阳５５０００５ꎻ２.安全互联实验室ꎬ江苏 苏州 ２１５０００)
摘 要:为满足网络安全认证的需求ꎬ提出了一种高吞吐率的国密ＳＭ３的硬件ＩＰ核的设计方法ꎮ 该方法用３级流水线缩短
了每轮运算的关键路径ꎬ提升了系统时钟ꎬ并将６４轮运算全部展开ꎬ实现轮间６４级流水线ꎬ总共 １９２级的全流水线设计ꎬ能够
同时实现１９２组消息的ＳＭ３运算ꎮ 基于ＳＭＩＣ ０.１８ μｍ 的工艺ꎬ实现了该 ＩＰ 核ꎬ时钟频率达到了２００ ＭＨｚꎬ吞吐率达到了
１０２.４ Ｇｂｉｔ/ ｓꎬ比现有的研究成果提升３９.３％ꎮ
关键词:信息安全ꎻ国密ＳＭ３ꎻ流水线ꎻ吞吐率ꎻＩＰ核
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中图分类号:ＴＰ３０９.７ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００５ ９４９０(２０１７)０３ ０６２２ ０４
网络安全认证的问题越来越突出ꎬＨａｓｈ算法能 高吞吐率的ＳＭ３硬件ＩＰ 核的设计方案ꎮ 通过分析
够将一串数据计算出一个固定长度的值与之对应
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