文档介绍：加密解密算法RC
概述
密码学有对称密码学和公钥密码学两大分支。目前我们重点调研了对称密码学。
在对称密码学中，加密方和解密方使用相同的密钥。 DES和AES是目前最主要的对称加密算法。
在公钥密码学中，加密方和解密方使用不同的密钥chitecture
Loop Unrolling
Internal Pipelining
External Pipelining
Hybrid Pipelining
Basic Architecture
Loop Unrolling
Internal Pipelining
External Pipelining
4种结构的速度比较
speedba = 1 / (#rounds*clock_period)
speedul / speedba = (1 + t)/(1+t/k)，其中t=(m+r)/c
k-round internal pipelining，理想情况下，clock_period可以比basic结构提高k倍（仅对非反馈模式有效）。
对k-round external pipelining，理想情况下，速度比相同clock_period的basic结构提高k倍（仅对非反馈模式有效）。
4种结构的area比较
Basic结构消耗的area最少。
Internal pipelining只比Basic结构增加了少量的area（用于pipeline stage间的寄存器）。
k-round unrolling/external pipeling大约会增加k倍的area。
其他影响硬件实现的因素
是否需要在一块芯片（或FPGA）上同时实现加解密算法
Feistel结构的算法，同时实现加解密算法比只实现加密算法增加的area不到10%；非Feistel结构的算法area增加较多(AES算法会增加60%的area)
对于RC系统，如果需要同时实现加解密算法，有两种方法 :（1）使用动态可重构；（2）在一个配置里同时实现加解密功能。方法2在加解密功能切换速度比1快，但会消耗更多的area，而1可以利用这些area对吞吐率进行优化。
其他影响硬件实现的因素
是否要实现子密钥生成算法
如何实现子密钥生成算法
算好所有的子密钥存在寄存器中，以后不再重复计算（loop unrolling/external pipelining结构必须使用这种方式）
on-the-fly的计算方式（可以省去保存子密钥的寄存器）
NIST对5种AES候选算法硬件实现的评估
Rijndael和Serpent的吞吐率和效能都很高。
RC6和Twofish的吞吐率效能处于平均水平，但可以在很小的area上实现。
MARS的吞吐率、效能都是最差的，不太适合硬件实现（主要原因有异种的循环结构，大的S-Box等）。
公钥密码学
公钥密码学
公钥密码算法应满足的条件
产生一对密钥（KU,KR）在计算上是容易的
已知公钥KU和明文M，计算密文C是容易的
用私钥KR解密接收到的密文C是是容易的
已知公钥KU，攻击者要确定私钥KR在计算上是不可行的
已知公钥KU和密文C，攻击者要恢复明文M在计算上是不可行的
公钥密码学
在公钥密码学概念提出后的几十年中，只有两个满足这些条件的算法（RSA, 椭圆曲线密码体制）为人们普遍接受。
公钥密码学的安全性一般要依赖于某种计算难题：
RSC基于大数因数分解难题
ECC基于椭圆曲线上的离散对数难题
公钥密码学算法要比对称密码学算法慢几个数量级。
RSA简介
RSA是目前使用最广泛的公钥密码学算法
RSA
密钥产生
选择两个素数，p和q
计算n=pq
计算z=(p-1)(q-1)
选择e使得：gcd(e, z)=1 且 e<z
确定d使得d*e mod z =1 且 d<z
公钥KU={e, n}，私钥KR={d, n}
为了保证安全性，RSA算法实际使用的密钥长度多达几百至上千bit
密钥产生
密钥产生需要做以下工作：
确定两个大素数p和q
选择e, 并计算d
目前选择素数一般是随机挑选一个奇数n，再用Miller-Rabin等概率算法判断n是否是素数。
求e和d一般使用扩展Euclid算法：随机选择e<z，用扩展Euclid算法求gcd(z, e)，并且当gcd(z, e)=1时，扩展Euclid算法还能同时求出d。
RSA
加解密运算
加密算法为C=Me mod n
解密算法为M=Cd mod n
实现RSA算法
密钥产生算法远没有加解密算法常用，故一般只考虑用硬件加速加解密算法，即加速模幂(modular exponentiation)运算。
高