基于余数系统蒙哥马利模乘器的RSA密码算法

当前RSA密码算法无法实现RSA加解密阶段大数模乘运算,因此提出基于余数系统蒙哥马利模乘器的RSA密码算法。依据余数系统模计算性能优势,构建二进制数值表示形式与运算法则表达式。采用Xilinx Virtex-Ⅱ平台与双模式乘法器,创建余数系统蒙哥马利模乘器硬件部分,通过四状态调度控制器控制模乘器。基于模乘器算术逻辑单元,完成算法中的乘法与乘累加运算。根据蒙哥马利模乘去除取模阶段的除法运算形式,运用模乘因子界定基转换算法,并采取一种近似方法将除法运算替换为移位操作,依据数据依赖关系对算法性能与芯片面进行折中处理,通过改变特殊基完成RSA密码算法构建。仿真结果表明,研究算法素数采集速率与加密速率高,算法执行时间短,加密效果更好。     

低成本的密钥长度可配置RSA密码协处理器VLSI设计

采用基于字运算的高基Montgomery模乘算法，并且应用了改进的流水线组织结构，以较小的硬件开销实现了一个密钥长度最高可达2048bits、速度面积比性能很高的RSA密码协处理器．VLSI实现结果显示：不包含存储器的核心电路规模仅相当于18000等效门；基于0．25μm CMOS工艺，在180MHz的时钟频率下，1024bits的RSA加密速率可达28Kbps．该RSA密码协处理器非常适合于如智能IC卡等面积局限性高、成本敏感的产品中．     

基于SOPC的RSA密码芯片设计

为了提高RSA密码算法在密码芯片上的实现性能,基于SOPC技术设计了一款RSA密码芯片,完成了NIOS Ⅱ的软硬件协同设计.该硬件系统由处理器、存储模块和自定义指令3部分组成,其关键的模乘模块采用改进的模乘算法和交叉存取设计方案设计实现,显著提高了系统性能.整体设计在ALTERA的CYCLONEⅡ器件上进行了验证与测试,并进行了逻辑综合及布局布线.与传统的RSA密码芯片设计相比,该芯片系统灵活性高,资源占用少.     

一种新型操作数长度可伸缩的模乘器VLSI设计

在改进基于字的Montgomery模乘算法的基础上，通过优化流水线结构缩短关键路径，实现了一种结构优化的模乘器。设计中采用了按字运算的高基Montgomery模乘算法，使该设计具有良好的可扩展性，可以完成任意位数的模乘运算。改进了模乘器的流水线结构，提高了模乘器的工作效率。该设计可以应用于各种高性能且低成本的RSA密码协处理器设计。     

公开密钥算法芯片的设计与实现

以RSA算法为例,探讨公钥密码处理芯片的设计与优化。首先提出公钥密码芯片实现中的核心问题,即大整数模幂运算算法和大整数模乘运算算法的实现;然后针对RSA算法,提出Montgomery模乘算法的CIOS方法的一种新的快速硬件并行实现方法,其中采用加法与乘法并行运算以及多级流水线技术以提高性能,较大地减少乘法运算时间,显著提高模乘器的运算性能。     

高速、可配置RSA密码协处理器的VLSI设计

通过算法级分析和对比RSA原始算法以及改进型模幂模乘算法,提出了一种双重流水线结构的RSA密码协处理器体系结构,该结构具备高速、可配置性能·基于该体系结构,可以根据不同的用户需求,方便地设计出支持各种速度和密钥长度的RSA密码处理器·该体系结构尤其适用于设计高速、高位宽RSA密码芯片;同时其可配置性能也可以满足低速、高位数、高安全性RSA系统的市场需求·另外,基于该体系结构设计的RSA加密IP,非常适合SoC的芯片设计·最后,基于该体系结构设计了一款高速1024b RSA密码加密芯片,采用0·18μm标准单元库设计,实现结果显示,芯片在150MHz时钟频率下能完成每秒5000次1024b RSA加密运算,是国内同类产品中速度最快的·     

SM2算法模逆加速器的设计

SM2公钥密码在智能卡领域有广泛的应用,其运算中难以避免模逆运算,而模逆算法因为其具有幂指数级别的运算复杂度,成为制约SM2算法性能的一个重要瓶颈。以SM2算法公钥引擎为基础,巧妙地利用了已有的蒙哥马利乘法器结构,设计出了一种长度可伸缩的快速模逆算法。并复用已有模乘资源,给出了节省存储空间、不增加面积成本的硬件实现结构以及数据存储方案。其速度性能远远优于传统的费马小定理算法和扩展欧几里德算法,对比同类蒙哥马利模逆算法也有良好的性能。     

基于Karatsuba递归思想的Montgomery模乘算法

采用大数的高基表示方法和Karatsuba递归思想改进了Montgomery模乘中的IFIOS实现算法,该算法可以应用于RSA公钥体制下的模乘法器的设计.模乘运算的速度决定了公钥加密系统和众多通信系统的系统性能,通过与IFIOS算法的比较分析发现,改进后的算法具有使用的乘法次数少、并行性能高等优点,是一种适合设计硬件的高效算法.此算法也适用于其他公钥体制的加解密处理器.     

基于余数系统抗MES D攻击的RS A算法

RSA密码算法是SoC智能芯片最广泛应用的公钥密码算法之一,然而具有实现简单、攻击成功率高等优点的能量分析攻击对其具有较大的安全威胁。MESD攻击是针对RSA密码算法最有效的差分能量分析攻击手段之一。为加强RSA算法抵抗MESD差分能量分析攻击的能力,提出一种基于余数系统和蒙哥马利模乘算法的抗MESD差分能量分析攻击算法。采用余数系统把大数运算转变成小数运算,运用蒙哥马利模乘算法实现模除运算替换。由仿真实验和分析可知:该算法可以抵抗MESD差分能量分析攻击,具有非常好的理论研究意义与实际应用意义。     

融入中国剩余定理及Montgomery算法的快速RSA算法研究

利用中国剩余定理和Montgomery模乘算法的思想,改进了RSA密码体制.改进后的中国剩余定理算法在时间效率上有较大提高,而且加入Montgomery模乘算法使模乘速度及安全性都有较大的提高,更加适合于高速的RSA密码体制.     

基于FPGA的Montgomery模乘器的高效实现*

为了提高椭圆曲线密码处理器的模乘速度,本文提出了一种更有效且更适合硬件实现的Montgomery算法。改进的算法分析了基于CSA加法器的Montgomery模乘算法,提出了多步CSA加法器的Montgomery算法,该算法能够在一个时钟内做多次CSA迭代运算,可以有效地降低时钟个数,进而提高模乘速度。通过Modelsim仿真工具仿真,正确完成一次256bits Montgomery模乘运算只需要16个时钟周期。在Altera EP3SL200F1517C2 FPGA中的运行结果表明：71.5MHz的时钟频率下,完成一次256位的模乘运算仅需要0.22微秒。     

Montgomery算法在ARM上的快速实现

Montgomery算法作为一种快速大数模乘算法,常被应用于RSA、ElGamal等公钥密码算法的基本运算。但是很少有文章对其进行具体理论分析。本文对Montgomery算法进行了深入的剖析,系统地进行了理论推导,并提出了针对ARM7芯片的优化实现方案。采用该方案可以使RSA算法的运行速度有很大提升。     

Radix-8 Booth译码Montgomery模乘的RSA算法的设计和硬件实现

提出一种使用Radix-8 Booth译码的Montgomery模乘算法,进一步减少了模乘的中间乘积项个数,提高了模乘的速度.并给出基于该模乘算法的1024位RSA加密硬件的实现方案,其加密速度可达到采用普通Montgomery模乘的RSA加密方案的2倍.在设计方法上使用基于系统级算法的快速设计流程,在系统级设计阶段确定模乘和RSA整体算法的实现方案,并对其评估及优化,缩短了RTL阶段的设计时间,加快了设计思想到硬件实现的转化.实现方案在自行设计的FPGA开发板上通过验证,并进一步转换为ASIC设计综合.     

An efficient common-multiplicand-multiplication method to the Montgomery algorithm for speeding up exponentiation

The modular exponentiation is a common operation for scrambling secret data and is used by several public-key cryptosystems, such as the RSA scheme and DSS digital signature scheme. However, the calculations involved in modular exponentiation are time-consuming especially when performed in software. In this paper, we propose an efficient CMM-MSD Montgomery algorithm by utilizing the Montgomery modular reduction method, common-multiplicand-multiplication (CMM) method, and minimal-signed-digit (MSD) recoding technique for fast modular exponentiation. By using the technique of recording the common signed-digit representations in the grouped substrings of exponent, our algorithm can improve the efficiency of both the original CMM exponentiation algorithm and the Montgomery multiplication algorithm. The fast modular exponentiation algorithm developed in this paper can be easily implemented in general signed-digit computing machine, and is therefore well suited for parallel implementation to fast evaluating modular exponentiation. Moreover, by using the proposed CMM-MSD Montgomery algorithm, on average the total number of single-precision multiplications can be reduced by about 38.9% and 26.68% as compared with Dusse-Kaliski’s Montgomery algorithm and Ha-Moon’s Montgomery algorithm, respectively.     

基于FPGA的Fm2域椭圆曲线点乘的快速实现

椭圆曲线点乘的实现速度决定了椭圆曲线密码算法（ECC）的实现速度。采用蒙哥马利点乘算法,其中模乘运算、模平方运算采用全并行算法,模逆运算采用费马·小定理并在实现中进行了优化,完成了椭圆曲线点乘的快速运算。采用Xilinx公司的Virtex-5器件族的XCV220T作为目标器件,完成了综合与实现。通过时序后仿真,其时钟频率可以达到40MHz,实现一次点乘运算仅需要14.9μs。     

Montgomery算法及其在加密硬件中的实现

随着计算机及其网格在社会生活中应用不断扩大,信息安全成为信息领域重要的研究课题。     

Montgomery模乘算法的改进及其应用

Montgomery算法是目前最适合于通用处理器软件实现的大整数模乘算法。1996年,Koc总结了该算法的五种实现方法：SOS、CIOS、FIOS、FIPS和CIHS,并指出CIOS方法综合性能较优。首先深入分析了FIOS实现方法,并通过消除进位传递和减少循环控制等手段,提出了一种改进方法IFIOS。然后将该方法应用于模幂计算,给出了基于滑动窗口技术的Montgomery模幂算法。最后理论分析和实验结果表明,该改进将FIOS的执行速度提高了约54%,与目前常用的CIOS方法相比,亦有较大的优势。     

蒙哥马利算法到脉动阵列的规范映射方法

蒙哥马利算法是在RSA密码系统中广泛应用的模乘法算法。该文介绍蒙哥马利算法到脉动阵列的映射过程,阐述了从算法到脉动阵列的规范映射方法。阵列的时钟周期长度大致是两个单位全加器延迟,n位模乘法的计算延迟是2n+2个时钟周期。模块化、规则化、通信局部化等特征,使得脉动阵列特别适合采用深亚微米VLSI技术实现,并获得很高的工作频率,从而提高处理速度。     

快速实现数字签名的宏观加模算法

提出一种宏观累加模的快速模幂乘的算法,将乘法运算和求模运算转换成简单的移位运算和加法运算,从而避免了求模运算和减少大数相乘次数。实验表明,本算法可以用接近n/2次n-bit的加法运算即可实现A×BmodN运算,在宏观上看,计算C=me要比Montgomery等算法快2倍。     

Montgomery模平方算法及其应用

分析Montgomery模乘算法的设计思想和模平方中乘法的计算过程，通过引入两种新的平方计算方法以及对Montgomery算法的优化，提出适合于通用32位处理器实现的Montgomery模平方算法。将该方法应用于模幂计算，给出基于滑动窗口技术的Montgomery模幂算法。实验结果表明，该算法能将模幂的计算速度提高9%~12%。