A 128-Gbps Pipelined SM4 Circuit With Dual DPA Attack Countermeasures

对偶(语法数字) 计算机科学 嵌入式系统 并行计算 计算机硬件 文学类 艺术
作者
Wenrui Liu,Jiafeng Cheng,Nengyuan Sun,Heng Sha,Zunxian Fu,Zhaokang Peng,Chunyang Wang,Caiban Sun,Pengliang Kong,Yunfeng Zhao,Yaoqiang Wang,Weize Yu
出处
期刊:IEEE Transactions on Very Large Scale Integration Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:32 (6): 1164-1168
标识
DOI:10.1109/tvlsi.2024.3379205
摘要

In this brief, a high-speed secret merchant-4 (SM4) cryptographic circuit with strong robustness against differential power analysis (DPA) attacks is proposed for securing the wireless networks for the first time. To achieve a high-throughput design for the SM4 algorithm, 32-stage pipelined encryption rounds and key expansion rounds are employed. Moreover, to resist DPA attacks, one pseudorandom number generator (PRNG) is embedded to randomly alter the SM4 circuit with a 32-stage or 34-stage pipeline, the other PRNG is utilized for realizing redundant operations to further break the correlation between the processed data and power dissipation of the SM4 circuit. When compared to a regular SM4 cryptographic circuit, the proposed SM4 architecture is capable of achieving a high throughput and satisfactory robustness against DPA attacks without compromising much power, area, and performance overhead. The result shows that the pipelined SM4 cryptographic circuit achieves a 128-Gbps throughput and 47 423- $\mu$ m $^2$ area with a high measurement-to-disclosure (MTD) value ( $>$ 1 million) after synthesizing in the SMIC 14-nm process design kits (PDKs).
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