High-performance optimization of SM4-GCM based on FPGA

计算机科学 吞吐量 现场可编程门阵列 管道(软件) 加密 异步通信 并行计算 嵌入式系统 算法 计算机网络 电信 无线 程序设计语言
作者
Shun Sen Lv,Bin Li,Xiaojie Chen,Qinglei Zhou
标识
DOI:10.1109/ieeeconf52377.2022.10013330
摘要

SM4-GCM is an encryption algorithm with authentication function. The algorithm achieves the purpose of data security and information integrity. The SM4-GCM algorithm, implemented using traditional software methods, has low throughput and high resource consumption. In order to further improve the algorithm performance, this paper uses FPGA to optimize the SM4-GCM algorithm to achieve full-pipeline parallel acceleration. Firstly, the SM4 module is optimized using pipelining techniques. Then, the GHASH module is optimized using the Karatsuba algorithm and fast reduction. Finally, a loosely coupled architecture is used to connect various modules with asynchronous FIFOs, which improves the resource utilization and throughput of the FPGA circuit. The experimental results show that the throughput of the optimized SM4-GCM algorithm reaches 28.8 Gbps. It is better than other schemes, has a higher throughput, and meets the actual application requirements.
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