使用数字电路方式安全实现轻量级算法Ascon,支持Ascon-128、Ascon-128a、Ascon-HASH、Ascon-HASHa四种参数配置。代码

时间: 2023-06-10 10:07:06 浏览: 325
抱歉,我不是一个可以编写代码的AI。不过,我可以为您提供相关信息和资源,希望能帮到您。 Ascon是一种轻量级加密算法,它的设计目标是在资源受限的环境中提供高度的安全性和性能。Ascon有四种不同的配置:Ascon-128、Ascon-128a、Ascon-HASH、Ascon-HASHa。 Ascon的实现可以使用数字电路技术,这种实现方式可以提供更高的性能和更低的功耗。以下是一个使用数字电路方式实现Ascon-128的代码示例: ```verilog module Ascon128(clk, rst, mode, key, nonce, plaintext, ciphertext, tag, valid); parameter ROUNDS = 12; parameter BLOCK_SIZE = 64; input clk, rst; input [1:0] mode; input [127:0] key, nonce, plaintext; output [127:0] ciphertext, tag; output valid; // Round constants parameter [127:0] RC[0:11] = '{128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000, 128'h0000000000000000}; // S-box function [7:0] SBox(input [7:0] x); case (x) 8'h00: SBox = 8'h63; 8'h01: SBox = 8'h7c; 8'h02: SBox = 8'h77; 8'h03: SBox = 8'h7b; 8'h04: SBox = 8'hf2; 8'h05: SBox = 8'h6b; 8'h06: SBox = 8'h6f; 8'h07: SBox = 8'hc5; 8'h08: SBox = 8'h30; 8'h09: SBox = 8'h01; 8'h0a: SBox = 8'h67; 8'h0b: SBox = 8'h2b; 8'h0c: SBox = 8'hfe; 8'h0d: SBox = 8'hd7; 8'h0e: SBox = 8'hab; 8'h0f: SBox = 8'h76; 8'h10: SBox = 8'hca; 8'h11: SBox = 8'h82; 8'h12: SBox = 8'hc9; 8'h13: SBox = 8'h7d; 8'h14: SBox = 8'hfa; 8'h15: SBox = 8'h59; 8'h16: SBox = 8'h47; 8'h17: SBox = 8'hf0; 8'h18: SBox = 8'had; 8'h19: SBox = 8'hd4; 8'h1a: SBox = 8'ha2; 8'h1b: SBox = 8'haf; 8'h1c: SBox = 8'h9c; 8'h1d: SBox = 8'ha4; 8'h1e: SBox = 8'h72; 8'h1f: SBox = 8'hc0; 8'h20: SBox = 8'hb7; 8'h21: SBox = 8'hfd; 8'h22: SBox = 8'h93; 8'h23: SBox = 8'h26; 8'h24: SBox = 8'h36; 8'h25: SBox = 8'h3f; 8'h26: SBox = 8'hf7; 8'h27: SBox = 8'hcc; 8'h28: SBox = 8'h34; 8'h29: SBox = 8'ha5; 8'h2a: SBox = 8'he5; 8'h2b: SBox = 8'hf1; 8'h2c: SBox = 8'h71; 8'h2d: SBox = 8'hd8; 8'h2e: SBox = 8'h31; 8'h2f: SBox = 8'h15; 8'h30: SBox = 8'h04; 8'h31: SBox = 8'hc7; 8'h32: SBox = 8'h23; 8'h33: SBox = 8'hc3; 8'h34: SBox = 8'h18; 8'h35: SBox = 8'h96; 8'h36: SBox = 8'h05; 8'h37: SBox = 8'h9a; 8'h38: SBox = 8'h07; 8'h39: SBox = 8'h12; 8'h3a: SBox = 8'hab; 8'h3b: SBox = 8'h80; 8'h3c: SBox = 8'he2; 8'h3d: SBox = 8'heb; 8'h3e: SBox = 8'h27; 8'h3f: SBox = 8'hb2; 8'h40: SBox = 8'h75; 8'h41: SBox = 8'h09; 8'h42: SBox = 8'h83; 8'h43: SBox = 8'h2c; 8'h44: SBox = 8'h1a; 8'h45: SBox = 8'h1b; 8'h46: SBox = 8'h6e; 8'h47: SBox = 8'h5a; 8'h48: SBox = 8'ha0; 8'h49: SBox = 8'h52; 8'h4a: SBox = 8'h3b; 8'h4b: SBox = 8'hd6; 8'h4c: SBox = 8'hb3; 8'h4d: SBox = 8'h29; 8'h4e: SBox = 8'he3; 8'h4f: SBox = 8'h2f; 8'h50: SBox = 8'h84; 8'h51: SBox = 8'hd2; 8'h52: SBox = 8'h1f; 8'h53: SBox = 8'hb5; 8'h54: SBox = 8'h0b; 8'h55: SBox = 8'h8f; 8'h56: SBox = 8'h0e; 8'h57: SBox = 8'hab; 8'h58: SBox = 8'h16; 8'h59: SBox = 8'hc6; 8'h5a: SBox = 8'hb4; 8'h5b: SBox = 8'hc2; 8'h5c: SBox = 8'h3e; 8'h5d: SBox = 8'h5e; 8'h5e: SBox = 8'h27; 8'h5f: SBox = 8'h46; 8'h60: SBox = 8'h58; 8'h61: SBox = 8'hdf; 8'h62: SBox = 8'hd0; 8'h63: SBox = 8'hef; 8'h64: SBox = 8'haa; 8'h65: SBox = 8'hfb; 8'h66: SBox = 8'h43; 8'h67: SBox = 8'h4d; 8'h68: SBox = 8'h33; 8'h69: SBox = 8'hd9; 8'h6a: SBox = 8'h98; 8'h6b: SBox = 8'hc1; 8'h6c: SBox = 8'h8c; 8'h6d: SBox = 8'h9d; 8'h6e: SBox = 8'h5d; 8'h6f: SBox = 8'h65; endcase endfunction // Permutation function function [127:0] P(input [127:0] state); reg [127:0] out; reg [127:0] x, y, z; integer i; out = state; for (i = 0; i < ROUNDS; i = i + 1) begin x = out[127:64]; y = out[63:32]; z = out[31:0]; // Add round constant y = y ^ RC[i]; // S-box x = {SBox(x[7:0]), SBox(x[15:8]), SBox(x[23:16]), SBox(x[31:24]), SBox(x[39:32]), SBox(x[47:40]), SBox(x[55:48]), SBox(x[63:56])}; y = {SBox(y[7:0]), SBox(y[15:8]), SBox(y[23:16]), SBox(y[31:24]), SBox(y[39:32]), SBox(y[47:40]), SBox(y[55:48]), SBox(y[63:56])}; z = {SBox(z[7:0]), SBox(z[15:8]), SBox(z[23:16]), SBox(z[31:24]), SBox(z[39:32]), SBox(z[47:40]), SBox(z[55:48]), SBox(z[63:56])}; // Linear diffusion layer out = {x[0]^y[0]^z[0], x[8]^y[8]^z[8], x[16]^y[16]^z[16], x[24]^y[24]^z[24], x[32]^y[32]^z[32], x[40]^y[40]^z[40], x[48]^y[48]^z[48], x[56]^y[56]^z[56], x[1]^y[1]^z[1], x[9]^y[9]^z[9], x[17]^y[17]^z[17], x[25]^y[25]^z[25], x[33]^y[33]^z[33], x[41]^y[41]^z[41], x[49]^y[49]^z[49], x[57]^y[57]^z[57], x[2]^y[2]^z[2], x[10]^y[10]^z[10], x[18]^y[18]^z[18], x[26]^y[26]^z[26], x[34]^y[34]^z[34], x[42]^y[42]^z[42], x[50]^y[50]^z[50], x[58]^y[58]^z[58], x[3]^y[3]^z[3], x[11]^y[11]^z[11], x[19]^y[19]^z[19], x[27]^y[27]^z[27], x[35]^y[35]^z[35], x[43]^y[43]^z[43], x[51]^y[51]^z[51], x[59]^y[59]^z[59], x[4]^y[4]^z[4], x[12]^y[12]^z[12], x[20]^y[20]^z[20], x[28]^y[28]^z[28], x[36]^y[36]^z[36], x[44]^y[44]^z[44], x[52]^y[52]^z[52], x[60]^y[60]^z[60], x[5]^y[5]^z[5], x[13]^y[13]^z[13], x[21]^y[21]^z[21], x[29]^y[29]^z[29], x[37]^y[37]^z[37], x[45]^y[45]^z[45], x[53]^y[53]^z[53], x[61]^y[61]^z[61], x[6]^y[6]^z[6], x[14]^y[14]^z[14], x[22]^y[22]^z[22], x[30]^y[30]^z[30], x[38]^y[38]^z[38], x[46]^y[46]^z[46], x[54]^y[54]^z[54], x[62]^y[62]^z[62], x[7]^y[7]^z[7], x[15]^y[15]^z[15], x[23]^y[23]^z[23], x[31]^y[31]^z[31], x[39]^y[39]^z[39], x[47]^y[47]^z[47], x[55]^y[55]^z[55], x[63]^y[63]^z[63]}; end P = out; endfunction // Encryption function function [127:0] Encrypt(input [127:0] plaintext, input [127:0] key, input [127:0] nonce); reg [127:0] state, out, k, n; integer i; // Initial state state = {nonce, 128'h0000000000000000}; // Key and nonce setup k = key; n = nonce; // Absorb key state[127:64] = state[127:64] ^ k; state = P(state); k = k ^ state[127:64]; // Absorb nonce state[127:64] = state[127:64] ^ n; state = P(state); n = n ^ state[127:64]; // Absorb associated data (mode != 0) if (mode != 0) begin for (i = 0; i < $size(plaintext)/BLOCK_SIZE; i = i + 1) begin state[127:64] = state[127:64] ^ plaintext[i*BLOCK_SIZE +: BLOCK_SIZE]; state = P(state); end end // Encrypt plaintext (mode == 0 or 1) out = 128'h0000000000000000; for (i = 0; i < $size(plaintext)/BLOCK_SIZE; i = i + 1) begin state[127:64] = state[127:64] ^ plaintext[i*BLOCK_SIZE +: BLOCK_SIZE]; out[i*BLOCK_SIZE +: BLOCK_SIZE] = state[127:64] ^ plaintext[i*BLOCK_SIZE +: BLOCK_SIZE]; state = P(state); end // Generate tag (mode == 0 or 2) tag = state[127:64] ^ k ^ (mode == 0 ? 128'h0000000000000000 : n); Encrypt = out; endfunction reg [127:0] ciphertext_reg, tag_reg; reg valid_reg; always @(posedge clk) begin if (rst) begin ciphertext_reg <= 128'h0000000000000000; tag_reg <= 128'h0000000000000000; valid_reg <= 0; end else begin case (mode) 2'b00: begin // Encryption mode ciphertext_reg <= Encrypt(plaintext, key, nonce); tag_reg <= 128'h0000000000000000; valid_reg <= 1; end 2'b01: begin // Encryption mode with authentication ciphertext_reg <= Encrypt(plaintext, key, nonce); tag_reg <= Encrypt(128'h0000000000000000, key, nonce); valid_reg <= 1; end 2'b10: begin // Authentication mode ciphertext_reg <= 128'h0000000000000000; tag_reg <= Encrypt(plaintext, key, nonce); valid_reg <= 1; end 2'b11: begin // Authentication only mode ciphertext_reg <= 128'h0000000000000000; tag_reg <= Encrypt(128'h0000000000000000, key, nonce); valid_reg <= 1; end endcase end end assign ciphertext = ciphertext_reg; assign tag = tag_reg; assign valid = valid
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