TTA-EC:一种基于传输触发体系结构的ECC整体算法处理器

以传输触发体系结构(TTA)为基础,为支持大数运算扩展寄存器堆,增加模乘单元以加速模乘操作,提出一种ECC整体算法处理器TTA-EC.该处理器具有如下特点:(1)利用TTA工具链,可快速开发出基于TTA-EC的完整ECC公钥系统;(2)模乘单元将以基数为处理字长的高基数Montgomery算法与行共享流水结构相结合,具有良好的可扩展性;(3)流水单元实现矢量乘操作,并同时支持GF(p)和GF(2n)双有限域;(4)通过调整总线宽度和流水单元个数,可满足不同性能/面积约束.在0.18μm 1P6M CMOS工艺下,其高性能和紧缩面积版本的规模分别为117.4K和40.6K,可分别在0.87ms和7.83ms内完成一次GF(p)或GF(2n)上的192位EC标量乘运算,峰值功耗分别为242.1mW和28.5mW.     

可编程可伸缩的双域模乘加器研究与设计

模乘和模加减作为椭圆曲线公钥体制的核心运算,在ECC算法实现过程中使用频率极高。如何高效率、低成本地实现模乘模加减是当前的一个研究热点。针对FIOS类型Montgomery模乘算法和模加减算法展开研究,结合可重构设计技术,并对算法进行流水线切割,设计实现了一种能够同时支持GF(p)和GF(2n)两种有限域运算、长度可伸缩的模乘加器。最后对设计的模乘加器用Verilog HDL进行描述,采用综合工具在CMOS 0.18μm typical工艺库下综合。实验结果表明,该模乘加器的最大时钟频率为230 MHz,不仅在运算速度和电路面积上具有一定优势,而且可以灵活地实现运算长度伸缩。     

基于VLIW的并行可配置ECC协处理器结构研究与设计

采用专用指令密码处理器的设计方法,提出了一种基于超长指令字(VLIW)的并行可配置椭圆曲线密码(ECC)协处理器结构.该协处理器结构对点加、倍点并行调度算法进行了映射,功能单元微结构采用了可重构的设计思想.整个ECC协处理器具有高度灵活性与较高运算速度的特点.能支持域宽可伸缩的GF(P)与GF(2m)有限域上的可变参数Weierstrass曲线.实验结果表明,GF(p)域上192 bit的ECC点乘运算只需要0.32ms,比其它同类芯片运算速度提高了1.1～3.5倍.     

GF（2m）域上快速模乘处理结构的研究与设计

加速GF(2m)上的模乘运算是提高GF(2^m)上ECC算法性能的关键。在分析EC上点乘操作的基础上，我们构造了模乘运算在线性Systolic上实现的局部并行处理递推形式，并设计了Systolic阵列的具体单元结构和连接，给出了性能分析和模拟结果。实验证明，局部并行阵列结构能适应多种EC上的模乘处理。     

并行可配置ECC专用指令协处理器

采用软硬件结合的方法,给出一种基于VLIW的并行可配置椭圆曲线密码体制（ECC）专用指令协处理器架构。该协处理器采用点加、倍点并行调度算法,功能单元微结构采用可重构的思想,具有高度灵活性与较高运算速度,能支持域宽可伸缩的GF（p）与G只2″）有限域上的可变参数Weierstrass曲线,签名认证算法可升级。实验结果表明,GF（p）域上192bit的ECC点乘运算只需0．32ms,比其他同类芯片运算速度提高了116％～350％。     

一种通用GF(2m)模乘加速器的快速实现

在椭圆曲线密码体制(ECC)中,有限域GF(2m)上模乘运算是最基本的运算,加速模乘运算是提高ECC算法性能的关键。针对不同不可约多项式广泛应用的现状,提出了一种通用GF(2m)模乘加速器设计方案。该加速器通过指令调度的方式,能快捷地完成有限域上模乘运算。实现结果表明,该设计完全适用于智能卡等应用要求。     

基于FIOS类型的Montgomery双域模乘器设计

针对FIOS类型的Montgomery模乘扩展算法的比特级-字级和字级-字级的两种实现形式进行研究,设计多处理单元的流水线组织结构实现算法,并对模乘器进行双有限域统一结构设计,使之能够同时支持两个有限域GF(p)和GF(2n)上的运算。最后对设计的两种模乘器用Verilog硬件描述语言进行代码描述,采用Synopsys公司的Design Compiler在Artisan SIMC 0.18μm typical工艺库下综合。实验结果表明,该模乘器不仅在运算速度和电路面积方面各具有优势,而且具有运算长度可变的灵活性。     

基于Kogge-Stone加法器改进的双域模乘器

模乘作为椭圆曲线公钥密码算法的核心运算,调用频率最高,提高其运算速度对于提高椭圆曲线密码处理器的性能具有重要意义。基于Kogge-Stone加法结构,结合可重构技术,实现一种能够同时支持素数域GF(p)和二元域GF(2~m)上模乘运算的双域模乘器,并对模块进行合理复用,节省硬件资源。用Verilog VHDL语言对该模乘器进行RTL级描述,并采用0.18μm CMOS工艺标准单元库进行逻辑综合。实验结果表明,该双域模乘器的最大时钟频率为476 MHz,占用硬件资源66 518 gates,实现256位的模乘运算仅需0.27μs。     

GF(2~m)上椭圆曲线密码体制的硬件实现

特征为2的有限域GF(2m)较适合椭圆曲线密码算法的硬件实现。该文通过对GF(2m)上模运算的分析,将所有的模运算转化成模乘和模加,并对LSD乘法器的进行了改进,所设计的运算单元能进行GF(2m)上所有的模运算,利用该运算单元所实现的椭圆曲线密码算法具有面积小,速度快的优点,适合用于处理能力和存储空间受限的设备中。     

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。