基于FPGA椭圆曲线密码体制的研究

对基于FPGA椭圆曲线密码体制的实现进行全面研究,在Xilinx的FPGA上实现了二元有限域和椭圆曲线点运算的所有算法。将模乘算法、模逆算法、曲线点加算法、曲线点减算法、点乘算法、ECElgamal加密/解密方案、总线命令控制等在FPGA上完成仿真、综合和板级验证,并设计出具有PCI局部总线传输功能的加密/解密适配卡。研究中提出了新的基于正规基和正则基的比特串行模乘算法实现方案。     

基于FPGA椭圆曲线密码体制的研究

对基于FPGA椭圆曲线密码体制的实现进行全面研究,在Xilinx的FPGA上实现了二元有限域和椭圆曲线点运算的所有算法。将模乘算法、模逆算法、曲线点加算法、曲线点减算法、点乘算法、EC-Elgamal加密／解密方案、总线命令控制等在FPGA上完成仿真、综合和板级验证,并设计出具有PCI局部总线传输功能的加密／解密适配卡。研究中提出了新的基于正规基和正则基的比特串行模乘算法实现方案。     

Ⅱ类正规基快速模乘算法的设计与实现

为寻求椭圆曲线密码应用系统中有限域上快速模乘算法，在Ⅱ类最佳正规基及其变形的类标准基基础上，提出了一种新的Ⅱ类最佳正规基快速模乘算法，并给出该算法FPGA实现的硬件结构。新的乘法器采用比特串行方式，使得硬件结构更加规则，减少了原有乘法器关键路径的延迟。试验数据表明，使用新的乘法器可以使整个椭圆曲线密码系统芯片工作频率大幅度提高。     

Ⅱ类正规基快速模乘算法的设计与实现*

为寻求椭圆曲线密码应用系统中有限域上快速模乘算法,在Ⅱ类最佳正规基及其变形的类标准基基础上,提出了一种新的Ⅱ类最佳正规基快速模乘算法,并给出该算法FPGA实现的硬件结构。新的乘法器采用比特串行方式,使得硬件结构更加规则,减少了原有乘法器关键路径的延迟。试验数据表明,使用新的乘法器可以使整个椭圆曲线密码系统芯片工作频率大幅度提高。     

正规基中模乘算法的FPGA实现方法研究

给出了GF(2m)上椭圆曲线密码系统中最佳正规基表示的模乘运算优化算法,提出了该算法的FPGA实现方案,并详细分析了实现该算法的有限状态机模型。结合Xilinx的FPGA器件,用VerilogHDL编写了实现该有限状态机的代码,在ISE和ModelSim开发工具中通过仿真、综合。试验表明,该文实现的模乘方案较其他实现方案具有较高的速度,并在EC-Elgamal密码体系中得到较好的应用。     

一种有限域快速低功耗模乘电路设计与实现

有限域的运算是密码学的基础,而在有限域的运算中模乘运算是核心运算之一。为此,分析了模乘运算的原理及特点,使用Verilog HDL设计模乘电路,通过FPGA实现了基于有限域的模乘运算。电路应用双沿寄存器结构,并且规模小、速度快、功耗低能实现有限域通用模乘运算对加密算法的硬件实现具有实际价值。     

域椭圆曲线点乘的VLSI实现方法研究

为了实现椭圆曲线密码算法的高效性,提出了基于优化的底层有限域算法的点乘设计方法;基于对二进制有限域运算的研究,提出并行模乘算法和基于欧几里得算法的右移求逆算法,并在实现中进行优化,在此基础上采用蒙哥马利算法实现点乘的快速运算;根据该算法,提出了ECC硬件电路实现方法,并用Verilog RTL进行逻辑设计,最终在Xilinx的XC7A100T FPGA硬件平台上验证实现;通过仿真测试、综合验证和时序后仿真的结果分析,所设计电路的时钟频率可以达到110 MHz,运算速度可达2.92 ms,证明了设计的有效性和可行性。     

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。     

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.     

二进制域运算在DSP上的优化

主要研究二进制域运算在DSP上的实现。通过设置多个中间变量，实现了对数组的并行计算，将最佳正规基模乘算法提高到6级流水。重构almost inversion多项式基模逆算法结构，消除跳转语句，实现程序设计模块化。在TMS320C6204上执行113位和191位算法证实确实提高了模乘和模逆两种运算的速度。以循环移位取代乘法的模乘算法，限制了C6201的流水深度。     

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。     

一种椭圆曲线算法核心运算VLSI实现

根据P元域中的椭圆曲线签名算法,时点乘和模乘计算,提出了一种新的控制流程和结构。并在此基础上进行了VLSI实现。经过时该设计的ASIC综合和仿真,并在FPCA上验证通过,与其他设计相比,具有计算速度快,芯片成本低的优点。     

基于IMPULSE C的GF(P)域椭圆加密算法的硬件加速

研究了大素数域上的椭圆曲线加密算法,基于IMPULSE C语言,对该算法进行编程实现;在标准射影坐标系下,对点加和倍加算法进行并行化改进,并且在编程时利用编译器特性做了进一步的并行化。通过对加密算法合理的软硬件分割,将计算量大而且复杂的点乘运算作为硬件部分,通过现场可编程门陈列(FPGA)进行硬件加速;将加密协议的其他部分作为软件部分,在传统CPU上执行,并将硬件部分生成VHDL代码。分别进行加密算法的CoDeveloper的桌面仿真和生成的硬件VHDL代码的ISE综合仿真。最后将该加速设计在Xilinx Virtex-5 xc5vfx70t FPGA开发板上作了实现,基于FPGA的实验结果表明,P-192上点乘运算处理在133MHz时钟下用时2.9 ms,硬件资源分配合理,与现有的手工编写的HDL代码相比,具有并行加速优势。     

一种适于硬件实现的快速模乘算法

RSA算法是目前应用最广泛的一种公钥加密算法,随着人们对加密安全性和加密速度要求的提高,硬件实现加密算法成了密码学应用的一个趋势。模乘算法是模幂算法的核心,基于Montgomery算法,结合Booth2算法的思想,文章给出了一种改进的高效算法,并且通过FPGA实现。对该算法和参考文献中算法的性能进行了比较,可以看出这一改进算法在速度和面积上优于现有的算法。     

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.