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申请/专利权人：南京邮电大学

摘要：本发明属于安全密码应用技术领域，公开了一种基于ARM平台的SM3并行数据加密方法，首先使用多线程技术，充分利用了多核CPU的特性，多个线程同时处理多组明文，实现了软件层面的并行化；对消息扩展部分采用NEON指令集并行实现，一次性加载相邻的4个数据到寄存器中，利用并行指令集同时计算；针对压缩函数中的轮函数提出UltraRound的概念，将压缩函数中原本一次需要8个赋值操作的轮函数通过在每轮切换字的输入位置，减少到一次只需要4个赋值操作，实现压缩函数性能的提升。

主权项：1.一种基于ARM平台的SM3并行数据加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据CPU核心数获取与其相同数量的待加密的明文；步骤2、创建与CPU核心数相同的线程数目，使每个线程加密一组明文；步骤3、针对每个线程处理的每组明文，进行消息填充；具体为：将明文划分为16个字，用这16个字生成后续的116个字，即；将公式,16≤j≤67中的替换为uint32x4类型的tmp1；其中，tmp1=；将替换为uint32x4类型的tmp2，其中tmp2=；将替换为uint32x4类型的tmp3，其中tmp3=；将替换为uint32x4类型的tmp4，其中tmp4=；将替换为uint32x4类型的tmp5，其中tmp5=；步骤4、将完成消息填充后的明文输入并行消息扩展模块，对每组数据使用NEON指令集并行处理；具体为：设j=4，进行13轮迭代；每轮迭代过程中使用NEON指令集中的vld1q_u32指令一次性从W[j*4-16]处加载4个字到tmp1中；从W[j*4-13]处加载4个字到tmp2中；从W[j*4-9]处加载4个字到tmp3中；从W[j*4-6]处加载4个字到tmp4中；然后利用NEON的veorq_u32指令对tmp1和tmp3进行并行异或计算，同时利用循环左移指令使tmp4左移15位，最后使用vst1q_u32指令将处理好的数据存储到W[j*4]数组中；步骤5、将经过并行消息扩展模块后的明文输入优化后的CF压缩函数模块，通过不断改变字的输入位置减少赋值操作，同时降低循环次数，最终得到加密后的杂凑值；所述CF压缩函数模块包括存储初始值的寄存器A、B、C、D、E、F、G、H，以及存储计算过程中的中间变量的寄存器SS1、SS2、TT1、TT2，通过UltraRound函数循环执行，在UltraRound中实现具体压缩函数部分，同时对布尔函数进行拆分，前4轮循环使用布尔函数1，后15轮循环使用布尔函数2，减少分支判断；其中布尔函数1包括FF1X,Y,Z=XYZ，GG1X,Y,Z=XYZ，布尔函数2包括FF2X,Y,Z=X∧Y∨X∧Z∨Y∧Z，GG2X,Y,Z=X∧Y∨¬X∧Z，其中X、Y、Z均为寄存器中需要计算的值，表示异或运算，∧表示与运算，∨表示或运算，¬表示非运算；所述UltraRound的具体实现步骤为：首先对采用原始压缩函数的流程计算出寄存器SS1，SS2，TT1，TT2的值，然后再将TT1的值赋值给寄存器D，TT2的值经过P_0函数运算后赋值给寄存器H，B的值左移9位后再赋值为寄存器B，F的值左移19位后再赋值为寄存器F，最终得到加密后的杂凑值。

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