基于64位處理器的Android平臺優(yōu)化AES加密算法

趙君

摘 要：與PC機(jī)相比，在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)同樣的算法要求占用空間小、功耗低。高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）的S盒設(shè)計(jì)采用查表方式，復(fù)雜度較高、消耗功率大，因此，將它用于手機(jī)中要對它進(jìn)行優(yōu)化。本文提出優(yōu)化AES加密算法，將分組長度擴(kuò)充至256位，增加分組長度能提高算法的安全性；在采用求逆運(yùn)算的基礎(chǔ)上添加仿射變換，以運(yùn)算代替查表操作，能減少存儲空間；將字替換、行移位、列混合合并在為成為一個(gè)運(yùn)算步驟，其輸入數(shù)據(jù)為16位、輸出數(shù)據(jù)為64位，能提高運(yùn)算效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法既能大幅提升加密強(qiáng)度又能保持高運(yùn)算效率。

關(guān)鍵詞：Android；AES；64位處理器；分組密碼

DOI：10.15938/j.jhust.2017.03.002

中圖分類號： TP305

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1007-2683（2017）03-0008-05

Abstract：Algorithm implemented on the mobile phone is different from one on PC. It requires little storage space and low power consumption. Standard AES Sbox design uses look up table， and has high complexity and high power consumption， so it needs to be optimized when used in mobile phones. In our optimization AES encryption algorithm， the packet length is expanded to 256 bits， which would increase the security of our algorithm； look up table is replaced by adding the affine transformation based on inversion， which would reduce the storage space； operation is changed into 16bit input and 64bit output by merging the three steps， namely SubWords， ShiftRows， MixColumns and AddRoundKey， which would improve the operation efficiency of the algorithm. The experimental results show that our algorithm not only can greatly enhance the encryption strength， but also maintain high computing efficiency.

Keywords：android； AES； 64bit processor； block cipher

從表1中結(jié)果可以看出，如果采用查表方式將分組長度提升至256位，將消耗20MB存儲空間，資源消耗過大，無法實(shí)現(xiàn)。GAES算法采用運(yùn)算代替查表，有效減少了存儲空間，但帶來運(yùn)算速度的減慢。優(yōu)化AES算法通過對算法結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使運(yùn)算速度提升3倍左右，雖然此速度還是要比標(biāo)準(zhǔn)AES慢25%左右，但換來的是存儲空間的減少、加密強(qiáng)度的提升，此范圍是可以接受的。如果將分組長度繼續(xù)增大，則運(yùn)算量太大，無法實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié) 論

本文針對64位處理器的Android操作系統(tǒng)，對標(biāo)準(zhǔn)AES算法進(jìn)行優(yōu)化，提出分組長度為256位的優(yōu)化AES加密算法。利用GAES算法存儲空間小，低功耗的特點(diǎn)，使用其S盒的構(gòu)造方法。并在此基礎(chǔ)上對算法結(jié)構(gòu)做出相應(yīng)優(yōu)化，使其在64位處理器上的運(yùn)算速度得到提升。最后通過試驗(yàn)驗(yàn)證其執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn)AES下降25%左右，這是因?yàn)榉纸M長度增加必然帶來運(yùn)算數(shù)據(jù)量的增大。但是以此代價(jià)換來存儲空間的減少，密碼強(qiáng)度的大幅提升，是可以接受的。

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（編輯：王 萍）