多引擎并行CBC模式的SM4算法的芯片级实现

樊凌雁 周 盟 骆建军 刘海銮

1(杭州电子科技大学微电子研究中心 杭州 310018) 2 (杭州华澜微电子股份有限公司 杭州 311215) (fanlingyan@hdu.edu.cn)

Fig. 1 Architecture of SATA solid state disk图1 SATA固态硬盘架构

NAND技术和固态存储控制技术的飞速发展，引爆了硬盘存储的产业革命.新一代固态硬盘存储技术凭借启动快、寿命长、读写快、无噪音、体积小、重量轻、抗震动、耗能低等绝对优势，在互联网、计算机、航天、医疗、交通、工业控制等各个领域得到了广泛应用[1].数据信息的爆炸式增长对于信息的海量数据的高速、安全存储提出了更高的要求.英国《金融时报》网站2015年2月17日报道，总部驻莫斯科的网络安全公司卡巴斯基实验室表示，该公司已在30个国家所用的电脑中发现了多种设计精密的黑客木马，存储在电脑的信息存在被偷窃的可能.

SM4算法是中国首个官方发布的分组对称密码算法，它在2012年3月被国家密码管理局批准为行业标准[2]，近些年涌现出很多研究成果[3-6].因此，将具有自主知识产权的密码学理论成果与自主研发的固态存储技术相结合，研发性能高、安全性高的集成电路芯片，对中国的信息安全有极其重大的意义.

SM4算法常见的加密模式有加密块链模式(cipher block chaining, CBC)、电子密码本模式(electronic codebook, ECB)等[7]，其中CBC模式由于存在从输出端到输入端的反馈路径，从而拥有更高的安全性[8]，是当前固态硬盘采用最多的分组加密方式.但是，因为CBC模式的反馈路径，使得数据之间有了关联性，导致无法使用流水线技术[9]来提高电路的吞吐率.此外，另一种常……