密鑰存儲模塊是由一個27×32的RAM組成，通過對如表2所示的多種分組密碼算法密鑰容量的統計和分析可知，深度為128的存儲容量可以滿足密碼運算中密鑰的存儲要求。

2.4 置換及有限域存儲模塊

置換作為擴散的首要手段，在密碼算法中得到了廣泛應用。例如：在DES中有六種不同種類的置換；Twofish和Serpent中有兩種不同種類的置換。本設計的bit置換單元是基于64×64的omega-flip網絡，該網絡共有11級，在進行數據置換之前，要先對每一級的開關邏輯進行配置。一級omega-flip網絡需要N/2bit（即32bit）控制信息決定該級開關的狀態（交叉或直通），所以該置換網絡進行一次置換需要11個控制信息。如果用通用指令實現這些控制信息,則至少需要6條指令才能完成配置。

分組密碼應用中，有限域乘法運算主要在GF（28）、GF（27）及GF（29）域上。其中，在GF（28）域上的乘法運算最為常見，占到了全部有限域乘法的54.14%。有限域乘法電路運算前需要對乘數多項式和不可約多項式進行靜態配置，每組136bit，其中128bit為乘法矩陣配置數據，8bit作為不可約多項式配置數據。

由以上分析可知，本設計的bit置換和有限域模塊由6個24×32的RAM組成，它一次可以存放六種置換所需要的控制信息，四種有限域運算所需的128bit乘法矩陣配置數據和8bit不可約多項式配置數據。6個RAM都是雙端口（即2個讀端口），所以給出2個相同的讀地址，6個RAM就可以同時讀出12個配置數據。64位的bit置換一次需要的11個控制信息只用一條指令就可以完成配置，大大提高了密碼運算速度。

2.5指令設計

密碼專用微處理器擴展了指令集，增加了密碼指令。加入專用存儲單元后，由于專用存儲單元存放的主要是配置數據，結合運算單元的特點，在擴展的專用密碼指令中對原指令格式進行了改進，使之更適合于密碼算法。改進后該指令字中的低11位被作為5位的shift域和6位的func域，其指令格式如表3所示。三個模塊的數據都由CONFIGURE指令存儲到專用存儲單元中，密鑰和S盒可以直接參與運算，對于置換和有限域乘法,在其密碼運算指令的shift域中添加專用存儲單元的地址，運算時再將配置信息動態配置到IU運算單元中，這樣配置和運算用一條指令就可以完成。

表3中：Op為操作碼，Rd為目的寄存器地址，Rs1和Rs2為源寄存器地址。type(1)作為區分bit置換和有限域。addr(4)為置換和有限域模塊4bit地址，該4bit地址與該地址加1為bit置換和有限域模塊6個RAM的2個讀地址，讀出的數據直接送入運算單元內部對相應模塊進行配置。sboxtype(2)2bit為S盒類型選擇，用來區分8×8、8×32、4×4及6×4四種S盒。Sboxa/b(1)這1bit是訪問S盒時用來選擇RAM組a或RAM組b。

3 性能分析