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。     

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。     

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。     

可伸缩双域Montgomery乘法器的优化设计与实现

模乘运算是公钥密码算法中的关键运算,本文基于全字运算的Montgomery模乘算法,设计了具有可伸缩硬件结构的模乘器。该模乘器可以基于固定的数据路径宽度对任意长度的数据进行运算,并且能够支持两个有限域上的运算。最后用Verilog硬件描述语言对该乘法器的硬件结构进行代码设计,并用Synopsys公司的Design Complier在Artisan SIMC 0.18μm typical工艺库下综合。实验结果表明,相对于其他模乘器设计,本文设计具有较高的时钟频率,并且由于大大减少了运算所需的时钟周期数,模乘运算速度较快。     

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。     

可伸缩双有限域模加减器的研究与实现

在改进通用模加减算法的基础上,实现一种结构优化的模加减器。采用基于字的模加减法统一硬件架构,使该设计具有良好的可扩展性,可以完成素数有限域GF(p)和二进制有限域GF(2m)上任意长度操作数的模加减法运算。该设计引入流水线结构,使其工作效率提高50%~80%,可以应用于各种高性能的椭圆曲线密码协处理器设计中。     

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。     

传输触发体系结构指导下的ECC整体算法处理器设计

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,并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.该处理器具有如下特点: ①利用TTA工具链可快速开发出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流水站实现矢量乘操作,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站个数,可满足不同性能/面积要求.在0.18μm CMOS工艺下,其高性能和紧缩面积版本的电路等效门数分别为117.4×103和40.6×103,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.     

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。