一種可配置的比特置換運算系統及方法
2023-10-07 19:07:24
專利名稱：一種可配置的比特置換運算系統及方法
技術領域：
本發明涉及信息安全技術和計算機技術領域，具體地，涉及一種可配置的比特置換運算系統及方法。
背景技術：
隨著現代社會的日益信息化、數位化與網絡化，人們對信息安全技術的需求越來越廣泛和深入。信息安全技術的應用領域，已從傳統的軍事、政治部門，逐步擴展到社會經濟生活的各個角落；信息安全產品成為整個社會良性運轉的重要保障，保護信息的安全也已經成為科學技術領域的重要課題。信息安全體系中，密碼算法是信息安全的基礎和核心技術，比特置換在密碼算法中有重要意義。比特置換提供了字節操作所無法實現的混亂擴散等功能。置換作為擴散的首要手段，在密碼算法中得到了廣泛應用。此外，在計算機體系結構中，隨著多媒體和信息安全技術的發展，快速比特置換也將成為面向字節的處理器的一個重要發展方向。現在採用的置換網絡有GRP、OMFLIP、BFLY、IBFLY和BENES等。GRP網絡用Iog2N 級N選1數據選擇器，每一級都需要N位配置比特，因為整個網絡展開多個置換單元，採用多路選擇器，所以結構複雜，電路實現面積非常大，配置算法複雜，擴展性差；OMFLIP網絡由一個Omega網絡連接一個Flip網絡而組成。N位輸入的Omega網絡由相同的Iog2N層組成，每一層有N個2選1數據選擇器，N位輸入的Flip網絡是N位輸入的Omega網絡的反向鏡像，即也由相同的組成，所以，Omega-flip網絡有21o&N層，電路實現面積大， 配置算法複雜。BFLY網絡和IBFLY網絡，N位輸入的BFLY網絡是N位輸入的IBFLY網絡的反向鏡像，都使用Iog2N級網絡實現置換，每一級有N個2選1數據選擇器，BFLY網絡和 IBFLY網絡結構簡單，可擴展，易配置，但是在置換的過程中會發生阻塞，產生錯誤。BENES 網絡為一個BFLY和IBFLY網絡串聯而成，中間相鄰2級合併為1級，所以一共有21og2N_l 級，每一級有N個2選1數據選擇器，BENES網絡具有BFLY網絡和IBFLY網絡的優點，並且不會產生阻塞現象，但存在電路實現面積較大的問題。綜上所述，在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術中至少存在結構複雜、電路實現面積大、配置算法複雜、擴展性差與置換過程易發生阻塞等缺陷。
發明內容
本發明的目的在於，針對上述問題，提出一種可配置的比特置換運算系統，以實現結構簡單、電路實現面積小、易擴展、可配置與配置算法簡單的優點。為實現上述目的，本發明採用的技術方案是一種可配置的比特置換運算系統，包括依次連接的路徑選擇算法單元、配置信息存儲器與比特置換運算單元，其中
所述路徑算法選擇單元，用於根據預設的網絡配置原則，生成相應的配置信息後，將所述配置信息發送至配置信息存儲器；預設的網絡配置原則，具體可以為每一級網絡配置中，分別對輸入輸出比特進行分組，互斥比特對中比特不同組。
所述配置信息存儲器，用於接收所述路徑算法選擇單元發送的配置信息，進行存儲，並將所述配置信息發送至比特置換運算單元；
所述比特置換運算單元，用於接收所述配置信息存儲器發送的配置信息，對相應的網絡進行配置；配置完成後，已配置的比特置換運算單元，根據置換輸入數據進行處理，生成置換輸出結果。進一步地，所述比特置換運算單元，包括可任意擴展、且上下對稱組合設置的所述多級基本比特置換運算子單元，設置在相鄰兩級基本比特置換運算子單元之間、且可交叉互換的級聯網絡，以及用於根據級別向所述多級基本比特置換運算子單元發送控制信號的分級遞歸互斥配置算法；所述可交叉互換的級聯網絡，上下結構完全對稱。進一步地，每級基本比特置換運算子單元，包括左右配合設置的交換網絡與任意位寬的置換網絡；所述每級基本比特置換運算子單元，根據排列組合規則，完成N位數據置換，需要執行
< = €^χ<χ《操作；其中，所述交換網絡執行@操作，置換網絡執行《X《操作。進一步地，所述置換網絡，包括結構相同、且上下對稱級聯設置的多級比特置換子網絡；所述多級比特置換子網絡上下對稱排列，組成所在置換網絡的主體網絡；
在所述主體網絡的前端，設有前置交換網絡；在主體網絡的後端，設有後端設有後置交換網絡；所述前置交換網絡、主體網絡與後置交換網絡，依次通過上下對稱的交叉級聯線連接，組成整體級聯網絡。進一步地，所述每級基本比特置換運算子單元為4X4比特置換運算子單元；所述 4X4比特置換運算子單元包括第一至四輸入比特Ip 12、I3與I4，第一至十網絡節點、即第一至十 2 選 1 數據選擇器血乂1、]\11 2、]\11 3、]\11 4、]\11 5、]\11 6、]\11 7、]\11 8、]\11 9 與 MuxlO， 第一至五配置比特Q、C2、C3、C4與C5,以及第一至四輸出比特0」 02、O3與O4 ；其中
所述第一輸入比特I1,分別與第三2選1數據選擇器Mux3的第一輸入端、以及第五2 選1數據選擇器Mux5的第一輸入端連接；第二輸入比特I2，分別與第一 2選1數據選擇器 Muxl的第一輸入端、以及第二 2選1數據選擇器Mux2的第一輸入端連接；第三輸入比特13， 分別與第一 2選1數據選擇器Muxl的第二輸入端、以及第二 2選1數據選擇器Mux2的第二輸入端連接；第四輸入比特I4，分別與第四2選1數據選擇器Mux4的第二輸入端、以及第六2選1數據選擇器Mux6的第二輸入端連接；
所述第一 2選1數據選擇器Muxl的輸出端，分別與第三2選1數據選擇器Mux3的第二輸入端、以及第五2選1數據選擇器Mux5的第二輸入端連接；第二 2選1數據選擇器Mux2 的輸出端，分別與第四2選1數據選擇器Mux4的第一輸入端、以及第六2選1數據選擇器 Mux6的第一輸入端連接；
所述第三2選1數據選擇器Mux3的輸出端，分別與第七2選1數據選擇器Mux7的第一輸入端、以及第八2選1數據選擇器MuxS的第一輸入端連接；第四2選1數據選擇器Mux4 的輸出端，分別與第七2選1數據選擇器Mux7的第二輸入端、以及第八2選1數據選擇器 MuxS的第二輸入端連接 』第五2選1數據選擇器Mux5的輸出端，分別與第九2選1數據選擇器Mux9的第一輸入端、以及第十2選1數據選擇器MuxlO的第一輸入端連接；第六2選 1數據選擇器Mux6的輸出端，分別與第九2選1數據選擇器Mux9的第二輸入端、以及第十
62選1數據選擇器MuxlO的第二輸入端連接；
所述第七2選1數據選擇器Mux7的輸出端，輸出第一輸出比特O1 ；第八2選1數據選擇器MuxS的輸出端，輸出第二輸出比特化；第九2選1數據選擇器Mux9的輸出端，輸出第三輸出比特O3 ；第十2選1數據選擇器MuxlO的輸出端，輸出第四輸出比特O4 ；
所述第一配置比特Cl作為第一 2選1數據選擇器Muxl與第二 2選1數據選擇器Mux2 的控制信號，第二配置比特C2作為第三2選1數據選擇器Mux3與第五2選1數據選擇器 Mux5的控制信號，第三配置比特C3作為第四2選1數據選擇器Mux4與第六2選1數據選擇器Mux6的控制信號，第四配置比特C4作為第七2選1數據選擇器Mux7與第八2選1數據選擇器MuxS的控制信號，第五配置比特C5作為第九2選1數據選擇器Mux9與第十2選 1數據選擇器MuxlO的控制信號。進一步地，所述第一 2選1數據選擇器Muxl、第二 2選1數據選擇器Mux2、第三2 選1數據選擇器Mux3、第四2選1數據選擇器Mux4、第五2選1數據選擇器Mux5與第六2 選1數據選擇器Mux6，構成交換網絡；所述第七2選1數據選擇器Mux7、第八2選1數據選擇器Mux8、第九2選1數據選擇器Mux9與第十2選1數據選擇器MuxlO，構成置換網絡。進一步地，所述前置交換網絡的第一個輸入比特，不需要連接相應的2選1數據選擇器，與第一級比特置換子網絡直接連接；前置交換網絡的最後一個輸入比特，不需要連接相應的2選1數據選擇器，與最後一級比特置換子網絡直接連接。同時，本發明採用的另一技術方案是一種可配置的比特置換運算方法，包括以下步驟
a、根據分級遞歸互斥配置要求，將整體級聯網絡劃分成不同級別的各個子網絡；
b、按照分級遞歸互斥配置算法，對第一級網絡進行配置，直至整體級聯網絡中均不包含子網絡，則整體級聯網絡配置完成。進一步地，在步驟b中，對各級網絡中的第一級網絡進行配置的操作，具體包括以下步驟
bl、確定第一級網絡的輸入比特與輸出比特；
b2、將所述輸入比特與輸出比特，按照對應關係，配對生成互斥比特對；同時，將所述輸入比特與輸出比特劃分為兩個互斥集合； b3、對劃分後的兩個互斥集合進行判定
若劃分後的任一集合中包含互斥比特對，則重新將所述輸入比特與輸出比特劃分為兩個互斥集合，直至劃分後的任一集合中均不包含互斥比特對時，生成第一級網絡的配置信息；
b4、對已生成配置信息的第一級網絡進行判定
若已生成配置信息的本級網絡中包含子網絡，則根據已生成的配置信息，計算獲得本級網絡包含的兩個子網絡的輸入比特與輸出比特；
b5、返回步驟1^2，根據相同的分級遞歸互斥配置要求，分別對本級網絡包含的兩個子網絡進行配置；直至本級網絡中不包含子網絡，則本級網絡配置完成。本發明各實施例的可配置的比特置換運算系統及方法，由於該系統包括依次連接的路徑選擇算法單元、配置信息存儲器與比特置換運算單元，其中路徑算法選擇單元，用於根據預設的網絡配置原則，生成相應的配置信息後，將所述配置信息發送至配置信息存
7儲器；配置信息存儲器，用於接收所述路徑算法選擇單元發送的配置信息，進行存儲，並將所述配置信息發送至比特置換運算單元；比特置換運算單元，用於接收所述配置信息存儲器發送的配置信息，對相應的網絡進行配置；配置完成後，已配置的比特置換運算單元，根據置換輸入數據進行處理，生成置換輸出結果；可以將基本比特置換運算子單元用交叉互換的級聯網絡進行擴展，可以生成任意位寬的比特置換運算單元；採用分級的遞歸互斥配置算法，將整體級聯網絡分成不同級別的各級網絡進行配置，操作簡單；從而可以克服現有技術中結構複雜、電路實現面積大、配置算法複雜、擴展性差與置換過程易發生阻塞的缺陷，以實現結構簡單、電路實現面積小、易擴展、可配置與配置算法簡單的優點。本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點可通過在所寫的說明書、權利要求書、以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中
圖1為根據本發明可配置的比特置換運算系統工作原理示意圖； 圖2為根據本發明可配置的比特置換運算系統的4X4級聯網絡結構示意圖； 圖3與圖4為根據本發明可配置的比特置換運算系統的8X8級聯網絡結構示意圖； 圖fe與圖恥為根據本發明可配置的比特置換運算方法的流程示意圖。結合附圖，本發明實施例中附圖標記如下
1-路徑算法選擇單元；2-配置信息存儲器；3-比特置換運算單元。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。系統實施例
根據本發明實施例，如圖1-圖4所示，提供了一種可配置的比特置換運算系統。如圖1所示，本實施例的可配置的比特置換運算系統，包括依次連接的路徑選擇算法單元、配置信息存儲器2與比特置換運算單元3，其中路徑算法選擇單元1，用於根據預設的網絡配置原則，生成相應的配置信息後，將配置信息發送至配置信息存儲器2 ；配置信息存儲器2，用於接收路徑算法選擇單元1發送的配置信息，進行存儲，並將配置信息發送至比特置換運算單元3 ；比特置換運算單元3，用於接收配置信息存儲器2發送的配置信息，對相應的網絡進行配置；配置完成後，已配置的比特置換運算單元3，根據置換輸入數據進行處理，生成置換輸出結果。這裡，配置原則，即預設的網絡配置原則，具體可以為每一級網絡配置中，分別對輸入輸出比特進行分組，互斥比特對中比特不同組。具體地，上述比特置換運算單元3，包括可任意擴展、且上下對稱組合設置的多級基本比特置換運算子單元，設置在相鄰兩級基本比特置換運算子單元之間、且可交叉互換的級聯網絡，以及用於根據級別向多級基本比特置換運算子單元發送控制信號的分級遞歸互斥配置算法；可交叉互換的級聯網絡，上下結構完全對稱。在上述多級基本比特置換運算子單元中，每級基本比特置換運算子單元，包括左右配合設置的交換網絡與任意位寬的置換網絡；每級基本比特置換運算子單元，根據排列
組合規則，完成N位數據置換，需要執行<χ《操作；其中，交換網絡執行
#操作，置換網絡執行操作。上述置換網絡，包括結構相同、且上下對稱級聯設置的多級比特置換子網絡；多級比特置換子網絡上下對稱排列，組成所在置換網絡的主體網絡；在主體網絡的前端，設有前置交換網絡；在主體網絡的後端，設有後端設有後置交換網絡；前置交換網絡、主體網絡與後置交換網絡，依次通過上下對稱的交叉級聯線連接，組成整體級聯網絡。這裡，前置交換網絡的第一個輸入比特，不需要連接相應的2選1數據選擇器，與第一級比特置換子網絡直接連接；前置交換網絡的最後一個輸入比特，不需要連接相應的 2選1數據選擇器，與最後一級比特置換子網絡直接連接。在上述多級基本比特置換運算子單元中，每級基本比特置換運算子單元為4X4 比特置換運算子單元；如圖2所示，4X4比特置換運算子單元包括第一至四輸入比特Ipl2、 I3與I4，第一至十網絡節點、即第一至十2選1數據選擇器Muxl、Mux2、Mux3、Mux4、Mux5、 Mux6、Mux7、Mux8、Mux9與MuxlO，第一至五配置比特C」 C2、C3、C4與C5,以及第一至四輸出比特 OpO2, O3 與 04。在圖2中，第一輸入比特I1，分別與第三2選1數據選擇器Mux3的第一輸入端、以及第五2選1數據選擇器Mux5的第一輸入端連接；第二輸入比特12，分別與第一 2選1數據選擇器Muxl的第一輸入端、以及第二 2選1數據選擇器Mux2的第一輸入端連接；第三輸入比特13，分別與第一 2選1數據選擇器Muxl的第二輸入端、以及第二 2選1數據選擇器 Mux2的第二輸入端連接；第四輸入比特I4，分別與第四2選1數據選擇器Mux4的第二輸入端、以及第六2選1數據選擇器Mux6的第二輸入端連接。在圖2中，第一 2選1數據選擇器Muxl的輸出端，分別與第三2選1數據選擇器 Mux3的第二輸入端、以及第五2選1數據選擇器Mux5的第二輸入端連接；第二 2選1數據選擇器Mux2的輸出端，分別與第四2選1數據選擇器Mux4的第一輸入端、以及第六2選1 數據選擇器Mux6的第一輸入端連接。在圖2中，第三2選1數據選擇器Mux3的輸出端，分別與第七2選1數據選擇器 Mux7的第一輸入端、以及第八2選1數據選擇器MuxS的第一輸入端連接；第四2選1數據選擇器Mux4的輸出端，分別與第七2選1數據選擇器Mux7的第二輸入端、以及第八2選1 數據選擇器MuxS的第二輸入端連接；第五2選1數據選擇器Mux5的輸出端，分別與第九2 選1數據選擇器Mux9的第一輸入端、以及第十2選1數據選擇器MuxlO的第一輸入端連接； 第六2選1數據選擇器Mux6的輸出端，分別與第九2選1數據選擇器Mux9的第二輸入端、 以及第十2選1數據選擇器MuxlO的第二輸入端連接。在圖2中，第七2選1數據選擇器Mux7的輸出端，輸出第一輸出比特O1 ；第八2選 1數據選擇器MuxS的輸出端，輸出第二輸出比特& ；第九2選1數據選擇器Mux9的輸出端， 輸出第三輸出比特O3 ；第十2選1數據選擇器MuxlO的輸出端，輸出第四輸出比特04。
在圖2中，第一配置比特Cl作為第一 2選1數據選擇器Muxl與第二 2選1數據選擇器Mux2的控制信號，第二配置比特C2作為第三2選1數據選擇器Mux3與第五2選1 數據選擇器Mux5的控制信號，第三配置比特C3作為第四2選1數據選擇器Mux4與第六2 選1數據選擇器Mux6的控制信號，第四配置比特C4作為第七2選1數據選擇器Mux7與第八2選1數據選擇器MuxS的控制信號，第五配置比特C5作為第九2選1數據選擇器Mux9 與第十2選1數據選擇器MuxlO的控制信號。如圖2和圖4所示，上述第一 2選1數據選擇器Mux 1、第二 2選1數據選擇器Mux2、 第三2選1數據選擇器Mux3、第四2選1數據選擇器Mux4、第五2選1數據選擇器Mux5與第六2選1數據選擇器Mux6，構成交換網絡；第七2選1數據選擇器Mux7、第八2選1數據選擇器Mux8、第九2選1數據選擇器Mux9與第十2選1數據選擇器MuxlO，構成置換網絡。根據排列組合理論，在圖2所示的4X4比特置換運算子單元中，完成4位置換操
作需要劣=《x為2 X為2操作，左半部分交換網絡實現Ci,右半部比特分置換網絡分別實現在圖3和圖4中，8X8比特置換運算系統的級聯網絡圖，由前置交換網絡、2個 4X4比特置換子網絡(即4X4子CMT比特置換網絡)、以及後置交換網絡構成；有17個配置比特=C1, C2, C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、 Cl。、C11 λ C12、C13、C14Λ C15、C16 與C17，8個輸入比特Ii、 12、13、14、15、16、I7 與 I8,8 個輸出比特=O1 (I8)、O2 (I3)、O3 (I1)、O4 (I5)、O5 (I4)、O6 (I2)、 O7(I7)與O8 (16)，括號中為輸出比特和輸入比特的對應關係。前置交換網絡將8個輸入比特交換後作為2個4X4比特置換子網絡的輸入，經過2個4X4比特置換子網絡置換後的比特作為後交換網絡的輸入，後置交換網絡的輸出的為最終的結構。根據排列組合理論，完
成8位置換操作需要4 =Gx劣操作，在該可配置的比特置換運算系統中，前置交換
網絡和後置交換網絡實現^，2個4X4比特置換子網絡分別實現。上述實施例的可配置的比特置換運算系統，基於排列組合理論設計了 4X4組合對偶基本比特置換運算子單元，採用上下對稱結構，由交換網絡和置換網絡連接組成；將基本比特置換運算子單元用交叉交換的級聯網絡進行擴展，可以生成任意位寬的比特置換運算單元3 ；採用分級的遞歸互斥配置算法將整個電路網絡分成不同級別的網絡進行配置， 操作簡單；該可配置的比特置換運算系統，結構簡單、電路實現面積小、易擴展、可配置、且配置算法簡單，能夠完成任意位寬的比特置換操作，滿足多種密碼算法的要求，適用於各種密碼算法電路。方法實施例
根據本發明實施例，提供了一種可配置的比特置換運算方法，包括以下步驟
a、根據分級遞歸互斥配置要求，將整體級聯網絡劃分成不同級別的各個子網絡；
b、按照分級遞歸互斥配置算法，對第一級網絡進行配置，直至整體級聯網絡中均不包含子網絡，則整體級聯網絡配置完成。進一步地，在步驟b中，對各級網絡中的第一級網絡進行配置的操作，具體包括以下步驟
bl、確定第一級網絡的輸入比特與輸出比特；b2、將輸入比特與輸出比特，按照對應關係，配對生成互斥比特對；同時，將輸入比特與輸出比特劃分為兩個互斥集合；
b3、對劃分後的兩個互斥集合進行判定
若劃分後的任一集合中包含互斥比特對，則重新將輸入比特與輸出比特劃分為兩個互斥集合，直至劃分後的任一集合中均不包含互斥比特對時，生成第一級網絡的配置信息； b4、對已生成配置信息的第一級網絡進行判定
若已生成配置信息的本級網絡中包含子網絡，則根據已生成的配置信息，計算獲得本級網絡包含的兩個子網絡的輸入比特與輸出比特；
b5、返回步驟1^2，根據相同的分級遞歸互斥配置要求，分別對本級網絡包含的兩個子網絡進行配置；直至本級網絡中不包含子網絡，則本級網絡配置完成。例如，在圖fe中，本實施例的可配置的比特置換運算方法，包括以下步驟 步驟100 初始化輸入比特與輸出比特，執行步驟101 ；
步驟101 將步驟100初始化後的輸入比特與輸出比特，配對為互斥比特對，執行步驟
102 ；
步驟102 將所有比特(即已配對為互斥比特對的輸入比特與輸出比特)劃分成互斥集合A與B，執行步驟103;
步驟103 判斷集合A或B中是否包含同一互斥對的2個比特，若是，則執行步驟104 ； 否則，返回步驟102 ；
步驟104 生成本級網絡配置信息，執行步驟105 ；
步驟105 判斷本級網絡是否包含子網絡，若是，則執行步驟108 ；否則，執行步驟106 或步驟107 ；
步驟106 生成子網絡A的輸入比特與輸出比特，並返回步驟101 ； 步驟107 生成子網絡B的輸入比特與輸出比特，並返回步驟101 ； 步驟108 配置完成。在步驟100至步驟108中，首先確定第一級網絡的輸入比特和輸出比特，其次將輸出比特和輸出比特按照對應關係配對生成互斥比特對，接著將輸入和輸出比特劃分為兩個互斥集合A、B，A、B互斥，不包含相同比特，然後對生成的互斥集合進行判定同一集合內是否包含互斥比特對，若判定為否，則互斥集合中比特進行重新選擇；若判定為是，則根據互斥集合中比特和輸入輸出的對應關係，生成第一級網絡的配置信息，接著進行本級網絡是否包含子網絡的判定，若判定為是，則用相同的配置方法對子網絡進行配置，若判定為No， 則已經完成整個網絡的配置。又如，在圖恥中，本實施例的可配置的比特置換運算方法，包括以下步驟 步驟200 初始化第一級8X8網絡的輸入比特與輸出比特，執行步驟201 ；
步驟201 將步驟200初始化後的輸入比特與輸出比特配對為互斥比特對，執行步驟
202 ；
步驟202 將所有比特(即已配對為互斥比特對的輸入比特與輸出比特)劃分成互斥集合A與B，執行步驟203 ；
步驟203 判斷集合A或B中是否包含同一互斥對的2個比特，若是，則執行步驟204 ； 否則，返回步驟202 ；步驟204 生成本級網絡配置信息，執行步驟205 ；
步驟205 判斷本級網絡是否包含子網絡，若是，則執行步驟208 ；否則，執行步驟206 或步驟207 ；
步驟206 生成第二級4X4子網絡A的輸入比特與輸出比特，返回步驟201 ； 步驟207 生成第二級4X4子網絡B的輸入比特與輸出比特，返回步驟201 ； 步驟208 =8X8比特之後運算單元配置完成。
在圖5b中，通過步驟200至步驟208，可以實現8X8比特置換運算單元3電路的配置算法需要17個配置比特，以及34個2選1數據選擇器(Mux)。具體配置算法如下 ⑴第一級網絡的配置
後置交換網絡擁有相同配置比特的Mux的輸出比特，是一對互斥的比特，如下
Qi= Io1,OJ ={18,1山配置比特為C14，Q2= IO2，06}:= U3,I2I ；,配置比特為C15，Q3={03)O7I =^i1,1山配置比特為C16，Q4={04，O8I =:U5，i山配置比特為C17;
前置交換網絡中擁有相同配置比特的Mux的輸入比特，如果是一對互斥的比特，如下 P2=II2, I7I,配置比特為C1, P3=II3, I6I,配置比特為C2, P4=II4,15I,配置比特為C3;
由此，將I1, I2, I3, I4 'I5 『 I6, I7, I8分成2組，要求=I1在第一組，I8在第二組，任意一組中不會出現一對互斥的比特。由此得到2 組比特集合{ I1, I2，14，16}，{ 13，I5HMI1, I2，14，Ij 為上半部分4X4比特置換子運算單元的置換比特的集合，{13，I5, I7, I8I為下半部分4X4比特置換子運算單元的置換比特的集合，因此可以得到=C1=O, C2=I, C3=O, C14=I, C15=I, C16=O, C17=I,第一級網絡配置完成；
經判定，第一級網絡還包含2個4X4比特置換子運算單元，為第二級網絡，繼續配置。⑵第二級網絡的配置
上半部分4X4比特置換子運算單元輸入為=I1, I2，I6, 14，輸出為14，I2，I1, I6 ；下半部分4X4比特置換子運算單元輸入為15，13，17，18，輸出為18，I3，I7，I5;
再次使用相同的方法對2個4X4比特置換子運算單元電路的配置比特進行計算，可
得
C4=O, C5=I, C6=I, C7=I, C8=O, C9=O, C10=I, C11=I, C12=I, C13=I,完成第二級網絡的配置； 經判定，第二級網絡不包含子網絡了，配置結束。最終的到8X8比特置換運算單元3電路得17個配置比特為=C1=O, C2=I, C3=O, C^-O，C^-1，Cg-1，C^-1，Cg-O，Cg-O，Cio_l，Cn_l，Ci2_l，Ci3_l，Ci4_l，Ci5_l，C^g-O，Ci7_l，JLxf^Ci 置，生成配置信息。綜上所述，本發明各實施例的可配置的比特置換運算系統及方法，由於該系統包括依次連接的路徑選擇算法單元、配置信息存儲器與比特置換運算單元，其中路徑算法選擇單元，用於根據預設的網絡配置原則，生成相應的配置信息後，將所述配置信息發送至配置信息存儲器；配置信息存儲器，用於接收所述路徑算法選擇單元發送的配置信息，進行存儲，並將所述配置信息發送至比特置換運算單元；比特置換運算單元，用於接收所述配置信息存儲器發送的配置信息，對相應的網絡進行配置；配置完成後，已配置的比特置換運算單元，根據置換輸入數據進行處理，生成置換輸出結果；可以將基本比特置換運算子單元用交叉互換的級聯網絡進行擴展，可以生成任意位寬的比特置換運算單元；採用分級的遞歸互斥配置算法，將整體級聯網絡分成不同級別的各級網絡進行配置，操作簡單；從而可以克服現有技術中結構複雜、電路實現面積大、配置算法複雜、擴展性差與置換過程易發生阻塞的缺陷，以實現結構簡單、電路實現面積小、易擴展、可配置與配置算法簡單的優點。
最後應說明的是以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明， 儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種可配置的比特置換運算系統，其特徵在於，包括依次連接的路徑選擇算法單元、 配置信息存儲器與比特置換運算單元，其中所述路徑算法選擇單元，用於根據預設的網絡配置原則，生成相應的配置信息後，將所述配置信息發送至配置信息存儲器；所述配置信息存儲器，用於接收所述路徑算法選擇單元發送的配置信息，進行存儲，並將所述配置信息發送至比特置換運算單元；所述比特置換運算單元，用於接收所述配置信息存儲器發送的配置信息，對相應的網絡進行配置；配置完成後，已配置的比特置換運算單元，根據置換輸入數據進行處理，生成置換輸出結果。
2.根據權利要求1所述的可配置的比特置換運算系統，其特徵在於，所述比特置換運算單元，包括可任意擴展、且上下對稱組合設置的所述多級基本比特置換運算子單元，設置在相鄰兩級基本比特置換運算子單元之間、且可交叉互換的級聯網絡，以及用於根據級別向所述多級基本比特置換運算子單元發送控制信號的分級遞歸互斥配置算法；所述可交叉互換的級聯網絡，上下結構完全對稱。
3.根據權利要求2所述的可配置的比特置換運算系統，其特徵在於，每級基本比特置換運算子單元，包括左右配合設置的交換網絡與任意位寬的置換網絡；所述每級基本比特置換運算子單元，根據排列組合規則，完成N位數據置換，需要執行< =操作；其中，所述交換網絡執行<5，操作，置換網絡執行@Χ《操作。
4.根據權利要求3所述的可配置的比特置換運算系統，其特徵在於，所述置換網絡，包括結構相同、且上下對稱級聯設置的多級比特置換子網絡；所述多級比特置換子網絡上下對稱排列，組成所在置換網絡的主體網絡；在所述主體網絡的前端，設有前置交換網絡；在主體網絡的後端，設有後端設有後置交換網絡；所述前置交換網絡、主體網絡與後置交換網絡，依次通過上下對稱的交叉級聯線連接，組成整體級聯網絡。
5.根據權利要求2所述的可配置的比特置換運算系統，其特徵在於，所述每級基本比特置換運算子單元為4X4比特置換運算子單元；所述4X4比特置換運算子單元包括第一至四輸入比特「、「、「與I4，第一至十網絡節點、即第一至十 2 選 1 數據選擇器血乂1、]\11 2、]\11 3、]\11 4、]\11 5、]\11 6、]\11 7、]\11 8、]\11 9 與 MuxlO，第一至五配置比特(；、(2、C3> C4與C5,以及第一至四輸出比特O^ 02、O3與O4 ；其中所述第一輸入比特I1,分別與第三2選1數據選擇器Mux3的第一輸入端、以及第五2 選1數據選擇器Mux5的第一輸入端連接；第二輸入比特I2，分別與第一 2選1數據選擇器 Muxl的第一輸入端、以及第二 2選1數據選擇器Mux2的第一輸入端連接；第三輸入比特13， 分別與第一 2選1數據選擇器Muxl的第二輸入端、以及第二 2選1數據選擇器Mux2的第二輸入端連接；第四輸入比特I4，分別與第四2選1數據選擇器Mux4的第二輸入端、以及第六2選1數據選擇器Mux6的第二輸入端連接；所述第一 2選1數據選擇器Muxl的輸出端，分別與第三2選1數據選擇器Mux3的第二輸入端、以及第五2選1數據選擇器Mux5的第二輸入端連接；第二 2選1數據選擇器Mux2的輸出端，分別與第四2選1數據選擇器Mux4的第一輸入端、以及第六2選1數據選擇器 Mux6的第一輸入端連接；所述第三2選1數據選擇器Mux3的輸出端，分別與第七2選1數據選擇器Mux7的第一輸入端、以及第八2選1數據選擇器MuxS的第一輸入端連接；第四2選1數據選擇器Mux4 的輸出端，分別與第七2選1數據選擇器Mux7的第二輸入端、以及第八2選1數據選擇器 MuxS的第二輸入端連接；第五2選1數據選擇器Mux5的輸出端，分別與第九2選1數據選擇器Mux9的第一輸入端、以及第十2選1數據選擇器MuxlO的第一輸入端連接；第六2選 1數據選擇器Mux6的輸出端，分別與第九2選1數據選擇器Mux9的第二輸入端、以及第十 2選1數據選擇器MuxlO的第二輸入端連接；所述第七2選1數據選擇器Mux7的輸出端，輸出第一輸出比特O1 ；第八2選1數據選擇器MuxS的輸出端，輸出第二輸出比特& ；第九2選1數據選擇器Mux9的輸出端，輸出第三輸出比特O3 ；第十2選1數據選擇器MuxlO的輸出端，輸出第四輸出比特O4 ；所述第一配置比特Cl作為第一 2選1數據選擇器Muxl與第二 2選1數據選擇器Mux2 的控制信號，第二配置比特C2作為第三2選1數據選擇器Mux3與第五2選1數據選擇器 Mux5的控制信號，第三配置比特C3作為第四2選1數據選擇器Mux4與第六2選1數據選擇器Mux6的控制信號，第四配置比特C4作為第七2選1數據選擇器Mux7與第八2選1數據選擇器MuxS的控制信號，第五配置比特C5作為第九2選1數據選擇器Mux9與第十2選 1數據選擇器MuxlO的控制信號。
6.根據權利要求3或5所述的可配置的比特置換運算系統，其特徵在於，所述第一2選 1數據選擇器Muxl、第二 2選1數據選擇器Mux2、第三2選1數據選擇器Mux3、第四2選1 數據選擇器Mux4、第五2選1數據選擇器Mux5與第六2選1數據選擇器Mux6，構成交換網絡；所述第七2選1數據選擇器Mux7、第八2選1數據選擇器Mux8、第九2選1數據選擇器 Mux9與第十2選1數據選擇器MuxlO，構成置換網絡。
7.根據權利要求4或5所述的可配置的比特置換運算系統，其特徵在於，所述前置交換網絡的第一個輸入比特，不需要連接相應的2選1數據選擇器，與第一級比特置換子網絡直接連接；前置交換網絡的最後一個輸入比特，不需要連接相應的2選1數據選擇器，與最後一級比特置換子網絡直接連接。
8.—種可配置的比特置換運算方法，其特徵在於，包括以下步驟a、根據分級遞歸互斥配置要求，將整體級聯網絡劃分成不同級別的各個子網絡；b、按照分級遞歸互斥配置算法，對第一級網絡進行配置，直至整體級聯網絡中均不包含子網絡，則整體級聯網絡配置完成。
9.根據權利要求1所述的可配置的比特置換運算方法，其特徵在於，在步驟b中，對各級網絡中的第一級網絡進行配置的操作，具體包括以下步驟bl、確定第一級網絡的輸入比特與輸出比特；b2、將所述輸入比特與輸出比特，按照對應關係，配對生成互斥比特對；同時，將所述輸入比特與輸出比特劃分為兩個互斥集合；b3、對劃分後的兩個互斥集合進行判定若劃分後的任一集合中包含互斥比特對，則重新將所述輸入比特與輸出比特劃分為兩個互斥集合，直至劃分後的任一集合中均不包含互斥比特對時，生成第一級網絡的配置信息；b4、對已生成配置信息的第一級網絡進行判定若已生成配置信息的本級網絡中包含子網絡，則根據已生成的配置信息，計算獲得本級網絡包含的兩個子網絡的輸入比特與輸出比特；b5、返回步驟1^2，根據相同的分級遞歸互斥配置要求，分別對本級網絡包含的兩個子網絡進行配置；直至本級網絡中不包含子網絡，則本級網絡配置完成。
全文摘要
本發明公開了一種可配置的比特置換運算系統及方法，該系統包括依次連接的路徑選擇算法單元、配置信息存儲器與比特置換運算單元，其中路徑算法選擇單元，用於根據預設的網絡配置原則，生成相應的配置信息後，將所述配置信息發送至配置信息存儲器；配置信息存儲器，用於接收路徑算法選擇單元發送的配置信息，進行存儲，並將配置信息發送至比特置換運算單元；比特置換運算單元，用於接收配置信息存儲器發送的配置信息，對相應的網絡進行配置；配置完成後，已配置的比特置換運算單元，根據置換輸入數據進行處理，生成置換輸出結果。本發明所述可配置的比特置換運算系統及方法，具有結構簡單、電路實現面積小、易擴展、可配置與配置算法簡單的優點。
文檔編號H04L9/00GK102355407SQ20111023489
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者伏星源, 單偉偉, 時龍興, 朱佳梁, 田朝軒, 陸寅超 申請人:無錫東集電子有限責任公司