基于流水线技术的并行模幂算法硬件实现

针对R-L模幂算法并行硬件实现成本高的问题,提出一种流水线形式的模幂运算结构.采用流水线技术对模幂算法中Montgomery模乘运算进行硬件设计,并由此构建模幂运算结构,实现并行模幂运算,降低硬件成本.同时对模幂算法中预处理和后处理步骤进行优化,以减少迭代次数.Virtex-2系列现场可编程门阵列原型的实现结果表明,在保证并行模幂运算速度的前提下,该结构的硬件实现成本近似为传统并行结构的1/2,且数据吞吐率更高,可达14 Mb/s.     

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。     

基于250位模乘平台的Tate对最终模幂算法的改进

在只支持250 bits模乘的硬件平台上,实现457 bits的二元扩域Tate对Miller算法的（双线性对的一种）最终模幂运算。在计算过程中采用一种改进的Montgomery模乘算法和中国剩余定理算法。通过具体数据实现双线性对最终模幂的运算,使用数学软件Sage来验证这种改进方案的正确性。通过理论分析和数据计算可以证明使用该方案可实现457 bits最终模幂。     

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%。     

有限域模乘专用指令设计

针对椭圆曲线密码算法中有限域模乘运算的需求,提出其专用模乘指令。利用指令域中的组参数实现算法多组模乘运算,通过对参数进行配置,使指令支持运算长度拓展,在模乘运算单元中实现Montgomery模乘算法,并设计素域和二进制域统一的硬件流水线,以及双域乘法器单元结构。实验结果表明,该有限域模乘指令和硬件运算单元具有较高的执行效率和较好的灵活性。     

RSA高速模乘单元的设计

论文分析了Montgomery算法,利用迭代加法之间的并行性提出了一种流水并行工作的硬件模乘结构。该结构具有时钟频率高,模幂运算时间短的优点,适合于RSA的模幂运算,可以极大提高RSA加密运算的效率,同时其体系结构适合于高阶Montgomery算法的实现。FPGA实现的结果表明,512位的高速模乘单元工作频率74.27MHZ;1024位的高速模乘单元工作频率73.94MHZ。模乘单元的面积与位宽成正比,而工作频率基本不变。基于此结构,512位的RSA运算时间为1.78ms,1024位的RSA运算时间为7.08ms。     

基于RSA的数字签名算法及其快速实现

在基于RSA的数字签名算法中,直接决定实现效率的是大数模幂运算。对基于二进制的Montgomery算法进行了改进,并将其应用于大数的模幂运算中。改进后的算法在保证算法快速实现的同时,又节省了算法运算空间。     

基于RSA的数字签名算法及其快速实现

在基于RSA的数字签名算法中,直接决定实现效率的是大数模幂运算。对基于二进制的Montgomery算法进行了改进,并将其应用于大数的模幂运算中。改进后的算法在保证算法快速实现的同时,又节省了算法运算空间。     

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。     

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。     

一种Montgomery模乘算法的改进方案及实现

在RSA密码体系中,常用Montgomery算法进行快速模乘运算,该文提出了一种Montgomery模乘算法的硬件改进方案,该方案通过减少一个加法器和一个移位寄存器并预先计算两个值,从而大大减少了硬件电路的复杂性,并加快了硬件的加、解密速度。     

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...     

模重复平方算法的rho改进算法

利用循环二进制方法给出了适合大指数模乘运算的模重复平方算法的rho改进算法,以提高模幂乘法的计算速度。新算法的实质是一种指数约减算法,可以有效减少模重复平方算法中的模乘运算。通过实例计算表明,新算法可以极大地提高运算速度。     

Scalable hardware implementing high-radix Montgomery multiplication algorithm

This paper presents a new scalable hardware implementing modular multiplication. A high radix Montgomery multiplication algorithm without final subtraction is used to perform this operation. An alternative proof for the final Montgomery multiplication by 1, removing the condition on the modulus, is given. This hardware fits in any chip area and is able to work with any size of modulus. Unlike other scalable designs only one cell is used. This cell contains standard and well optimized digit multiplier and adder. Time–area trade-offs are also available before hardware synthesis for differents sizes of internal data path. The pipeline architecture of the multiplier component increases the clock frequency and the throughput. Time–area trade-offs are analyzed in order to make the best choice for given time and area constraints. This architecture seems to provide a better time–area compromise than previous scalable hardware.     

基于高基阵列乘法器的高速模乘单元设计与实现

蒙哥马利模乘算法是最适合硬件实现的模乘算法,被应用在RSA密码和ECC密码的协处理器设计中.目前性能最高的是高基蒙哥马利模乘算法,分析了高基蒙哥马利算法的实现,提出了一种新的基于高基阵列乘法器的Montgomery模乘高速硬件实现结构,基于这种结构位长为n的比特模乘仅需要约n/w+6个时钟周期,该结构设计的电路只与最小单元有关,在硬件实现时可以大大提高频率,并提高设计的性能,可以设计高速的RSA和椭圆曲线密码大规模集成电路.     

基为4的可扩展模乘运算器设计

基于基为4的Montgomery模乘算法和改进的流水线组织结构,文章提出了一种结构优化的可扩展模乘运算器结构。设计中采用了按字运算的模乘算法,使本设计具有很好的可扩展性,它可以完成任意位数的模乘运算。同时,因为模乘运算器的运算数据通路采用多级处理单元的流水线结构,所以设计时可以很方便进行配置,以达到模乘运算器硬件成本和运算性能的折衷。分析结果显示,文章提出的模乘运算器结构具有很高的效率和很好的可扩展性。     

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.