Speeding up Scalar Multiplication in Genus 2 Hyperelliptic Curves with Efficient Endomorphisms

This paper proposes an efficient scalar multiplication algorithm for hyperelliptic curves, which is based on the idea that efficient endomorphisms can be used to speed up scalar multiplication. We first present a new Frobenius expansion method for special hyperelliptic curves that have Gallant‐Lambert‐Vanstone (GLV) endomorphisms. To compute kD for an integer k and a divisor D, we expand the integer k by the Frobenius endomorphism and the GLV endomorphism. We also present improved scalar multiplication algorithms that use the new expansion method. By our new expansion method, the number of divisor doublings in a scalar multiplication is reduced to a quarter, while the number of divisor additions is almost the same. Our experiments show that the overall throughputs of scalar multiplications are increased by 15.6 to 28.3 % over the previous algorithms when the algorithms are implemented over finite fields of odd characteristics.     

Fast Multiplication on Elliptic Curves over Small Fields of Characteristic Two

We discuss new algorithms for multiplying points on elliptic curves defined over small finite fields of characteristic two. This algorithm is an extension of previous results by Koblitz, Meier, and Staffelbach. Experimental results show that the new methods can give a running time improvement of up to 50 % compared with the ordinary binary algorithm for multiplication. Finally, we present a table of elliptic curves, which are well suited for elliptic curve public key cryptosystems, and for which the new algorithm can be used. Received 14 January 1997 and revised 4 September 1997     

一类安全椭圆曲线的选取及其标量乘法的快速计算

安全椭圆曲线的选取和标量乘法的快速计算是有效实现椭圆曲线密码体制的两个主要问题.本文将二者结合起来考虑给出了一类适合普通PC机实现的安全椭圆曲线,并详细给出了选取这类曲线的具体步骤和基于"大步-小步法"思想构造了一种新的计算这类曲线上标量乘法的快速算法.这类曲线不仅选取容易而且利用本文所提出方法计算其标量乘法时能使所需椭圆曲线运算次数大大减少.此外,选用这类曲线后基域中元素不再需要专门的表示方法,各种运算能非常快地得到实现,从而能极大地提高体制的整体实现速度.     

用替换标量加速椭圆曲线点乘的研究

在优化有限域上椭圆曲线点乘的研究中,寻找标量的等价表示形式以减少点加和倍点运算的数量一直是关注的热点。因为点乘运算在一个H阶有限群中,利用有限群的性质,Q=kP=（n-k）（-P）。对于椭圆曲线,n-k和-P容易计算,于是计算点乘的标量k可以替换为n-k。因此,计算点乘时可通过选取代价更小的标量来减少计算量。理论和实验研究表明,替换标量可在微小的开销下使通常的重复倍加点算法的点加次数平均减少约5％。     

一种Montgomery型椭圆曲线的高效标量乘算法

椭圆曲线标量乘法是椭圆曲线密码系统的基本运算,安全高效的标量乘法将直接提高椭圆曲线密码系统的效率和安全性.本文将Fibonacei数列的概念进行了扩展,提出了Fibonacci型数列的概念,并用Fibonaeei型数列将Montgomery型曲线上点的加法运算公式进行了简化,得到了新的点加公式fibAdd.利用黄金比率...     

一类j=0超奇异椭圆曲线的性质及其标量乘算法

针对非超奇异椭圆曲线上的标量乘算法已经有比较多的研究.与非超奇异曲线不同,超奇异椭圆曲线的自同态环是四元数代数的一个序模,为非交换环.本文主要针对特征大于3的有限域上一类j不变量为0的超奇异椭圆曲线,分析了曲线自同态环及其商环的结构.进而研究了此类曲线上整数表示的性质,并基于这种表示方法提出了一种针对此类曲线的标量乘算法.理论上证明了针对此类超奇异曲线,当选择合适系数集合时,此表示实质上为p-adic展开.实验结果表明：相较于4-NAF等方法,p-adic表示方法提高标量乘效率一倍以上.     

基于边信道原子的椭圆曲线标量乘算法

提出了一种能够抵抗简单能量分析攻击的边信道原子结构,减少了椭圆曲线密码体制中标量乘的倍点和点加运算次数,从而节省了运算时间,最后通过调用Crypto++库函数,对于NIST提供的160 bit素域上椭圆曲线编程实现算法,发现此算法的效率比Montgomery Ladder算法提高了37.6%。     

基于快速标量乘算法的椭圆曲线数字签名方案

计算标量乘kP是ECC快速实现的关键,也是ECC研究的热点问题。文中介绍了基于Montgomery思想的快速标量乘算法,重点介绍了白国强等人的运算多标量乘kP+lQ的算法,并分析了其局限性,同时对其进行了改进。在此基础上,设计了一种分段快速标量乘算法,将改进的算法与分段标量乘算法运用到ECDSA中。经分析验证,分段快速标量乘算法,提高了效率,对ECDSA的快速实现具有一定意义。     

基于Markov链的椭圆曲线标量乘法算法性能分析

在椭圆曲线密码系统中,采用规范重编码、滑动窗口等优化技术可以有效提高椭圆曲线上点的标量乘法k·P的运算性能,但在实现中,需要对不同优化技术的算法性能进行定量分析,才能确定标量乘法的最优实现.本文运用Markov链对标量k规范重编码表示的滑动窗口划分过程进行了建模,提出了一种对椭圆曲线标量乘法的平均算法性能进行定量分析的方法,并运用该方法分析了不同参数下标量乘法运算的平均性能,计算了滑动窗口的最优窗口大小.最后,通过比较说明,采用规范重编码和滑动窗口技术的椭圆曲线标量乘法的运算开销比用m-ary法少10.32~17.32％,比单纯采用滑动窗口法也要少4.53~8.40％.     

基于GF(2~m)上椭圆曲线点乘的实现

给出了椭圆曲线加密算法的点乘实现.在实现模乘运算时,把相乘过程和模约多项武过程结合起来,以改善运算效率.片外双口RAM的使用,加快了数据存取速度,同时通过预留RAM空间,增强了系统的可扩充性.本设计用VerilogHDL语言作为设计工具,在synopsys DC Z-2007 03 solaris9工作平台上,基于chartered 0.35 CMOS的综合库,50MHz约束下综合出结果约为18657门.     

一种基于折半运算的Comb标量乘算法

通过将折半运算应用于Comb算法,提出了一种新的Comb标量乘算法,它可以提高域Fm2上的椭圆曲线标量乘法的效率.在预计算阶段和赋值阶段,新算法分别用高效的折半运算取代倍点运算.对新算法运行时间进行分析,并与传统的Comb算法进行比较,当窗口宽度w=4时,新算法效率提高58%~63%.     

有限域上的圆锥曲线的数乘运算

文中介绍了有限域上的圆锥曲线的点群结构及加法运算,给出了三种不同的方法计算加法,并进一步比较了他们在数乘运算中的效率。同时通过和椭圆曲线的比较,显示了圆锥曲线在点的运算方面具有明显的优势。     

基于FPGA的Edwards曲线标量乘法实现方法

点加和倍点是标量乘法的基本运算。首先对原始的Edwards曲线计算公式进行了研究,再结合FPGA并行计算的特点,提出了一种适合FPGA快速实现的点加和倍点计算方法;其次给出了并行和串行两种标量乘法算法。最后在ALTERA的EP2AGX260 FPGA中分别对两种标量乘法进行了实现和测试。结果表明,该实现方法能达到较理想的效果。     

一种基于边信道原子的快速标量乘算法

Simple power analysis is the most devastating attack on the security of elliptic curve scalar multiplication and can probably retrieve the secret key. In this paper, we analyze the formulas of point doubling and addition on Jacobi-quartic Curve in projective coordination. In addition, a fast and secure side-channel atomic scalar multiplication algorithm is proposed using the side-channel atomic block. Compared with the previous methods, the new algorithm is more efficient. For 192 bits scalar using NAF recoding, the efficiency of the new algorithm is increased by about 6.7%~23% if S/M=0.8 or 12.7%~33.2% if S/M=0.6.     

一类超椭圆曲线上的快速除子标量乘

 除子标量乘是超椭圆曲线密码体制中的关键运算.基于单除子标量乘的思想,将Duursma与Sakurai给出的关于奇素数域上一类特殊超椭圆曲线上的一个除子标量乘算法推广到奇素数域扩域上更一般的此类超椭圆曲线上,得到了两个效率更高的公式化的除子标量乘新算法.这两算法所需的运算量比二元法降低12%以上.     

Two fast algorithms for computing point scalar multiplications on elliptic curves

The key operation in Elliptic Curve Cryptosystems(ECC) is point scalar multiplication. Making use of Frobenius endomorphism, Mfiller and Smart proposed two efficient algorithms for point scalar multiplications over even or odd finite fields respectively. This paper reduces thec orresponding multiplier by modulo τ^k-1 … τ 1 and improves the above algorithms. Implementation of our Algorithm 1 in Maple for a given elliptic curve shows that it is at least as twice fast as binary method. By setting up a precomputation table, Algorithm 2, an improved version of Algorithm 1, is proposed. Since the time for the precomputation table can be considered free, Algorithm 2 is about (3/2) log2 q - 1 times faster than binary method for an elliptic curve over Fq.     

有限域F_2~m上椭圆曲线阶的快速算法

讨论了Schoof算法在有限域F_2~m上的快速实现,并且给出了筛选椭圆曲线的方法,在实际中可以基本满足椭圆曲线密码体制的需要。     

F2上安全的Edwards曲线

Edwards曲线提供了大量的可以抵挡旁道攻击的椭圆曲线,因此引起了人们特别的关注。最近Bernstein、Lange和Farashahi将一般的Edwards曲线推广到了特征为2的域上,并认为这类椭圆曲线必将会有广泛的应用。但是这类曲线的安全性却仍然是一个值得商榷的问题。文中通过双有理等价映射讨论了F2上的Edwards曲线与Koblitz曲线之间的关系,并由此推出这类Edwards曲线会在一些扩域上具有安全性。     

基于比特重组快速模约简的高面积效率椭圆曲线标量乘法器设计

针对现有椭圆曲线密码标量乘法器难以兼顾灵活性和面积效率的问题,该文设计了一种基于比特重组快速模约简的高面积效率标量乘法器。首先,根据椭圆曲线标量乘的运算特点,设计了一种可实现乘法和模逆两种运算的硬件复用运算单元以提高硬件资源使用率,并采用Karatsuba-Ofman算法提高计算性能。其次,设计了基于比特重组的快速模约简算法,并实现了支持secp256k1, secp256r1和SCA-256(SM2标准推荐曲线)快速模约简计算的硬件架构。最后,对点加和倍点的模运算操作调度进行了优化,提高乘法与快速模约简的利用率,降低了标量乘计算所需的周期数量。所设计的标量乘法器在55 nm CMOS工艺下需要275 k个等效门,标量乘运算速度为48309次/s,面积时间积达到5.7。     

改进椭圆曲线加密算法抗边际信道攻击的研究

纯粹的加密算法的应用对于边际信道的攻击的防御是比较弱的，椭圆加密算法是近年来人们认为加密能力比较强的算法之一。本文讨论了目前存在的增强椭圆曲线算法抗边际信道攻击的方法，就其可行性提出了一些看法．并对其中几种方法的时间、空间复杂度进行比较。最后探讨了此类研究的应用前景。