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在分析DES,AES,IDEA等41种分组密码算法结构的基础上,研究了4×4,6×4,8×8,8×324种常用S盒替代的操作特征和S盒的实现方式。提出一种可高效、灵活地完成4种常用S盒替代操作的专用S盒运算指令、配置指令模型,给出了专用S盒指令的超长指令字（VLIW）扩展指令模型,设计并实现了S盒替代的硬件单元,并对专用S盒操作指令执行效率进行了分析。