GF(2m)域Montgomery模乘器的高效设计及FPGA实现

为了进一步提高Montgomery模乘的效率,对通用Montgomery模乘算法进行改进,提出一种在单位时钟内能可变步长迭代计算模乘的方案。并结合硬件结构特点设计串并混合结构的模乘运算电路,通过modelsime 10.2a及Synplify Pro工具分别进行仿真验证和综合测试。在Xilinx Virtex2系列的xc2v3000 FPGA芯片中综合结果表明,当选取步长为13时,执行一次163位的模乘运算仅需43 ns,此时最高频率可达304 MHz;当选取步长为14时,完成一次233位模乘仅需要17个时钟周期,且取得速度与资源取的最佳折衷。     

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。     

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。     

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.     

可扩展的低成本双域模乘模除器算法及其VLSI实现

本文通过应用Booth编码技术和多比特移位技术,有效地改进了有限域模乘模除算法,不仅使素域模乘的运算速度提高了一倍,而且使素域模除运算所需的迭代次数减小了40%.在算法改良的基础上,本文提出一种可配置的有限域模乘模除器结构,实现了模乘与模除运算,及素域与多项式域算术的硬件复用,大幅度地降低了硬件成本.另外,本文提出的硬件结构使用以字为单位的运算单元,采用流水线结构,具有良好的扩展性.因此,本文的模乘模除器具有灵活性、安全性和低成本的综合优势,可以广泛应用于各种高性能、低成本的便携移动设备,为各种无线终端设备用户提供高性能的信息安全服务.     

基于FPGA的Fm2域椭圆曲线点乘的快速实现

椭圆曲线点乘的实现速度决定了椭圆曲线密码算法(ECC)的实现速度.采用蒙哥马利点乘算法,其中模乘运算、模平方运算采用全并行算法,模逆运算采用费马·小定理并在实现中进行了优化,完成了椭圆曲线点乘的快速运算.采用Xilinx公司的Viaex-5器件族的XCV220T作为目标器件,完成了综合与实现.通过时序后仿真,其时钟频率可以达到40 MHz,实现一次点乘运算仅需要14.9μs.     

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FPGA的Fm2域椭圆曲线点乘的快速实现

椭圆曲线点乘的实现速度决定了椭圆曲线密码算法（ECC）的实现速度。采用蒙哥马利点乘算法,其中模乘运算、模平方运算采用全并行算法,模逆运算采用费马·小定理并在实现中进行了优化,完成了椭圆曲线点乘的快速运算。采用Xilinx公司的Virtex-5器件族的XCV220T作为目标器件,完成了综合与实现。通过时序后仿真,其时钟频率可以达到40MHz,实现一次点乘运算仅需要14.9μs。     

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。     

高速双域求逆单元的设计与实现

提出了一种能够在素数域和二进制域下,高速处理384位以下数据的模逆运算单元。其使用改进的 Montgomery 模逆算法将两个域下的求逆运算统一起来。设计中使用了 S—C操作数分离表示法减少进位传播,并提出 S—C减法运算修正算法保证其正确性。设计了双域 S—C分离加减运算单元,使其能高速完成两个有限域下的算术运算。     

基于双Booth 2编码的双有限域模乘法器设计与实现

采用双Booth 2编码技术,对高基radix-16 Montgomery模乘法器进行了优化设计,减小了电路面积,提高了模乘运算速度。使用SMIC0.18μm标准单元工艺库综合后,计算256bit有限域GF(P)上的模乘只需要0.51μs。     

一种双域Montgomery求逆算法与硬件实现

有限域上的求逆运算是椭圆曲线密码算法的关键运算之一。分别对GF（p）和GF（2ⁿ）域上的Montgomery模逆算法进行分析,并将GF（2ⁿ）域上的Montgomery模逆算法中对变量阶数的比较进行了改进,这样不仅利于GF（p）和GF（2ⁿ）域上的模逆运算在统一的硬件结构上实现,也解决了数据位数较大时进行阶数比较延迟较大的问题,在此基础上提出一种基于GF（p）和GF（2ⁿ）双域上统一的模逆算法,并根据算法,采用双域可伸缩运算单元,实现了一种可扩展的统一Montgomery模逆硬件结构。设计采用Verilog-HDL语言进行硬件描述,并基于0.18 μm工艺标准单元库进行了综合,结果表明该设计与其他设计相比具有灵活性好、性能高的特点。     

可重构制造系统可重构逻辑控制器设计与实现

针对可重构制造系统的逻辑控制问题,提出一种可重构逻辑控制器的解决方案．该逻辑控制器具有递阶分布式的控制体系结构,并根据模块化的设计思想设计成多个分离的功能模块．然后给出基于CORBA组件模型(CCM)的可重构逻辑控制器软件的开发过程．由递阶分布式体系、模块化设计和软件组件开发技术实现的可重构逻辑控制器具有快速动态重构的能力,能满足可重构制造系统逻辑控制的要求．     

有限素域上椭圆曲线模逆运算的设计与实现

在对四种不同类型的求模逆算法进行改进的基础上,提出了一种统一的有限素数域上的模逆运算结构。该结构结合这四种类型的模逆算法,通过选择信号完成Montgomery模逆或一般整数模逆运算,而不增加其它的硬件资源消耗。最后对该结构采用VHDL硬件描述语言进行了代码设计,并基于FPGA进行了编译综合和布局布线。实验结果表明该设计与采用两种不同结构分别计算的方案相比,节省近一半的硬件资源。     

可重构路由单元软件体系结构的研究与实现*

对可重构路由单元中软件体系结构进行了初步探讨,提出了支持多网融合环境下的可重构软件架构的模型、实现方案并对关键技术进行了研究。该技术方案可保证在现有的多网融合的运行环境中实现标准化的功能扩展,使得路由单元的服务支持可重构特性。     

GF(2m)域上通用可配置乘法器的设计与实现

提出了一种应用于椭圆曲线密码体制中的有限域乘法器结构,基于已有的digit-serial结构乘法器,利用局部并行的bit-parallel结构,有效地省去了模约简电路,使得乘法器适用于任意不可约多项式;通过使用数据接口控制输入数据的格式并内嵌大尺寸乘法器,可以配置有限域乘法器的结构,用以实现基于多项式基的有限域乘法运算。该结构可以有效满足椭圆曲线密码体制的不同安全需求。     

FSATA乘法器的设计与实现

为了加快阵列乘法器的运算速度,降低延迟,提出了一种基于4选1多路选择器的乘法器设计方案。这种方案在每一步运算中同时处理两位操作数,使产生的部分积数量减少了一半,显著提高了乘法器的运算速度。FSATA乘法器采用VHDL语言进行编码,在Quartus上进行的仿真表明,相比于采用时序电路完成的设计,FSATA乘法器有更优的性能。