Low-Latency Elliptic Curve Scalar Multiplication

This paper presents a low-latency algorithm designed for parallel computer architectures to compute the scalar multiplication of elliptic curve points based on approaches from cryptographic side-channel analysis. A graphics processing unit implementation using a standardized elliptic curve over a 224-bit prime field, complying with the new 112-bit security level, computes the scalar multiplication in 1.9?ms on the NVIDIA GTX 500 architecture family. The presented methods and implementation considerations can be applied to any parallel 32-bit architecture.     

一种灵活的椭圆曲线密码并行化方法

提出标量划分与整合模型,基于此模型,提出一种灵活的椭圆曲线密码标量乘的并行化处理方法。由于该方法是基于标量乘的算法操作级别,因此能在各种不同处理器数量的并行系统中实现。相对于现有的基于固定数量处理器的标量乘并行化方法,本文的并行化方法是灵活的。同时,本文提出的标量乘并行化方法最优时间复杂度可以减少到(logk)A+kD。通过实例比较,本文提出的方法的最优时间复杂度比经典的二进制方法减少了大约30%。     

利用半点计算椭圆曲线双标量乘法算法

实现椭圆曲线密码体制最主要的运算是椭圆曲线点群上的标量乘法(或点乘)运算。一些基于椭圆曲线的密码协议比如ECDSA签名验证,就需要计算双标量乘法kP+lQ,其中P、Q为椭圆曲线点群上的任意两点。一个高效计算kP+lQ的方法就是同步计算两个标量乘法,而不是分别计算每个标量乘法再相加。通过对域F2m上的椭圆曲线双标量乘法算法进行研究,将半点公式应用于椭圆曲线的双标量乘法中,提出了一种新的同步计算双标量乘法算法,分析了效率,并与传统的基于倍点运算的双标量乘法算法进行了详细的比较,其效率更优。     

High performance hardware support for elliptic curve cryptography over general prime field

Secure information exchange in resource constrained devices can be accomplished efficiently through elliptic curve cryptography (ECC). Due to the high computational complexity of ECC arithmetic, a high performance dedicated hardware architecture is essential to provide sufficient performance in a computation of elliptic curve scalar multiplication. This paper presents a high performance hardware support for elliptic curve cryptography over a prime field GF(p). It exploited a best available possible parallelism of elliptic curve points in projective representation. The proposed hardware for ECC is implemented on Xilinx Virtex-4, Virtex-5 and Virtex-6 FPGAs. A 256-bit scalar multiplication is completed in 2.01  ms, 2.62  ms and 3.91  ms on Virtex-6, Virtex-5 and Virtex-4 FPGA platforms, respectively. The results show that the proposed design is 1.96 times faster with insignificant increase in area consumption as compared to the other reported designs. Therefore, it is a good choice to be used in many ECC based schemes.     

GF(p)上椭圆曲线密码的并行基点选取算法研究*

提出一种GF(p)上椭圆曲线密码系统的并行基点选取算法,该算法由并行随机点产生算法和并行基点判断算法两个子算法组成,给出了算法性能的理论分析和实验结果.结果表明:各并行处理器单元具有较好的负载均衡特性;当执行并行基点判断算法,其标量乘的点加计算时间是点倍数计算时间的三倍时,算法的并行效率可达90%.因此该算法可用于椭圆曲线密码(Elliptic Curve Cryptography,ECC)中基点的快速选取,从而提高ECC的加/解密速度.     

椭圆曲线密码中抗功耗分析攻击的标量乘改进方案

椭圆曲线标量乘法运算是椭圆曲线密码(ECC)体制中最主要的计算过程,标量乘法的效率和安全性一直是研究的热点。针对椭圆曲线标量乘运算计算量大且易受功耗分析攻击的问题,提出了一种抗功耗分析攻击的快速滑动窗口算法,在雅可比和仿射混合坐标系下采用有符号滑动窗口算法实现椭圆曲线标量乘计算,并采用随机化密钥方法抵抗功耗分析攻击。与二进制展开法、密钥分解法相比的结果表明,新设计的有符号滑动窗口标量乘算法计算效率、抗攻击性能有明显提高。     

适合资源受限环境的GF(2m)域上乘法器结构

椭圆曲线密码体制因其每比特最大的安全性受到越来越广泛的重视。而有限域上的乘法运算,成为决定椭圆曲线上的标量乘法运算速度的主要因素。文中基于Massey-Omura乘法器,和另外一种并行乘法器,提出了一种新型的有反馈的并行乘法器结构,结构需要8(m-1)个异或门和(8m-7)个与门。比起原来的乘法器,门数有了很大的减少。因此这种结构比较适合资源受限的环境中应用。     

一种用于加速椭圆曲线数量乘的Signed—Binary整数表示法

椭圆曲线公开加密系统已经得到了广泛的应用，其中最重要并且花费运行时间最多的运算就是计算数量乘。为了提高数量乘的运算度，本文提出了一种用于加速椭圆曲线数量乘的容易实现的Signed—Binary整数表示法，在不增加计算数量乘算法中预处理的复杂度的前提下，减少了点倍乘的次数，有效地提高了计算椭圆曲线点数量乘的速度。     

一个改进的多点乘算法

SPA(Simple Power Analysis)攻击可能通过泄露的信息获取内存受限制的设备(如smart卡)中的密钥,它是通过区分一次点乘运算中点加运算和倍点运算进行的。抗SPA攻击的点乘算法较多,但对于多点乘算法相关措施较少。inter-leaving多点乘算法是一个时间和空间效率都非常优秀的多点乘算法。为此提出一种基于interleaving的抗SPA攻击的多点乘算法,新的算法在内存空间消耗和计算速度上较原算法负担增加可以忽略不计,而且能够抗SPA攻击。     

抗SPA的多点乘算法

SPA(Simple Power Analysis)攻击可能通过泄露的信息获取内存受限制的设备中的密钥,它是通过区分一次点乘运算中点加运算和倍点运算进行的。抗SPA攻击的点乘算法较多,但对于多点乘算法相关措施较少。Sharmir-NAF多点乘算法是一个时间和空间效率都非常优秀的多点乘算法。为此提出一种基于Sharmir-NAF的抗SPA攻击的多点乘算法。新的算法在内存空间消耗和计算速度上较原算法负担增加可以忽略不计,而且能够抗SPA攻击。     

针对椭圆曲线密码系统点乘算法的改进差分故障攻击

针对故障攻击椭圆曲线点乘算法失效问题,提出一种改进的差分故障攻击算法。该算法消除了非零块的假设,并引入验证机制抵抗了“故障检测”失效威胁。以SM2算法提供的椭圆曲线为例,通过软件仿真成功攻击了二进制点乘算法、二进制非相邻型（NAF）点乘算法和蒙哥马利点乘算法,3小时内恢复出了256比特私钥。针对二进制NAF点乘算法攻击过程进行了优化,将攻击时间缩短至原来的五分之一。实验结果表明,所提算法能够提高攻击的有效性。     

并行设计的高性能随机椭圆曲线加密协处理器

为加速椭圆曲线加密的运算,本文提出了一种新的并行设计的椭圆曲线加密处理器结构。该处理器采用的模运算单元的特点是含有两个模乘、一个模加和一个模平方模块。两个模乘可以并行运算,而且在模乘运算的同时可并行完成模加或模平方的运算。Xilinx公司的VirtexE XCV2600 FPGA硬件实现结果表明,完成有限域GF(2163)上任意椭圆曲线上的一次标量乘的全部运算只需3064个时钟,时间消耗为31.17μs,资源消耗为3994个寄存器和15527个查找表,适合高性能椭圆曲线加密应用的要求。     

An area/performance trade-off analysis of a GF(2) multiplier architecture for elliptic curve cryptography

A hardware architecture for GF(2^m) multiplication and its evaluation in a hardware architecture for elliptic curve scalar multiplication is presented. The architecture is a parameterizable digit-serial implementation for any field order m. Area/performance trade-off results of the hardware implementation of the multiplier in an FPGA are presented and discussed.     

一种伪流水线型椭圆曲线双标量乘法的FPGA实现与验证

一些重要的椭圆曲线密码算法需要计算两个输入无关的椭圆曲线标量乘法,以缩短这些算法的计算时间为目的,提出了一种伪流水线型椭圆曲线双标量乘法VLSI体系结构.并对该结构在GF(2163)上对进行FPGA实现与验证.针对此结构还设计了一种字长为w的伪流水线型字串行GF(2m)乘法器.结果显示,该系统可以在较高的时钟频率下使用约4[-m/w]-(m-1)个时钟周期数完成输入无关的双椭圆曲线标量乘法计算.和近期其他文献的结果比较,这种VLSI结构计算双椭圆曲线标量乘法使用时钟周期数最少,性能最高.     

椭圆曲线窗口标量乘法的研究与Delphi实现

椭圆曲线加密算法是一种非常流行的方法,影响椭圆曲线算法执行效率的因素有很多,标量乘法就是一个重要因素,椭圆曲线标量乘法的方法很多,文中主要研究了NAF和NAFw的基本原理和算法,最后在VB环境下实现了椭圆曲线窗口标量乘法。     

基于复合域上的椭圆曲线密码体制的计算算法

基于有限域上椭圆曲经公开密钥协议的离散对数计算算法正日益成为热点，其基本的操作是标量乘法：即用一整数乘以椭圆曲线上给定的点P。协议的主要开锁在于椭圆曲线的标量乘操作上，本文给出了3个逄法进行椭圆曲线密码系统的有效计算，第一个算法采用加－减法链的方法处理标量乘法问题；第二个算法给出了正整数n的NAF形式；第三个算法采用窗口的方法处理NAF（n）从而进一步提高加－减法链的效率，这三个算法的有机结合从银大程度上提高了椭圆曲线密码体制的加／解密速度。     

一种基于FPGA的素域椭圆曲线标量乘结构

基于一种简化求商的高基Montgomery模乘流水化阵列结构,提出并实现了素域上椭圆曲线标量乘硬件结构。该结构采用修正的Jacobian坐标的点加和倍点算法以及Kaliski提出的Montgomery模逆的算法。实验结果表明,该结构与相关工作相比具有更好的性能。     

一种快速实现椭圆曲线密码体制的贪心算法

快速实现椭圆曲线密码体制的一个关键问题就是椭圆曲线上点的数乘。文中利用大整数S可以表示为S=S1m S2的形式,提出了一种贪心算法。该算法比经典算法减少了点的加法的计算次数,从而加快了椭圆曲线上点的数乘的运算速度。     

Efficient elliptic curve scalar multiplication algorithms resistant to power analysis

This paper presents four algorithms for securing elliptic curve scalar multiplication against power analysis. The highest-weight binary form (HBF) of scalars and randomization are applied to resist power analysis. By using a special method to recode the scalars, the proposed algorithms do not suffer from simple power analysis (SPA). With the randomization of the secret scalar or base point, three of the four algorithms are secure against differential power analysis (DPA), refined power analysis (RPA) and zero-value point attacks (ZPA). The countermeasures are also immune to the doubling attack. Fast Shamir’s method is used in order to improve the efficiency of parallel scalar multiplication. Compared with previous countermeasures, the new countermeasures achieve higher security and do not impact overall performance.     

改进的Koblitz曲线上数字签名算法

标量乘法的效率决定着椭圆曲线密码体制的性能,而JSF算法是当前最流行的计算椭圆曲线双标量乘的算法;Koblitz曲线上的快速标量乘算法是标量乘法研究的重要课题。Lee[12]算法采用Frobenius映射扩展正整数k并将其扩展后的系数改写成二进制形式有效地提高标量乘算法效率。将JSF应用到扩展后的系数中,以较小存储空间为代价来提高算法效率,并将算法运用到改进的ECDSA算法中,减少乘法运算次数,加速签名及验证过程,节约数字签名时间。