可扩展双域模乘器设计与研究

提出一种可扩展同时支持双域的模乘单元体系结构,通过调整内部运算单元的相关参数,可以满足侧重于性能或成本的不同应用.首先从基于字的双域蒙哥马利算法出发,提出模乘单元的基本体系结构;然后考虑了性能优化的两种不同思路与提高工作频率之间的相互折衷和平衡.由于高度统一的算法和紧密结合的模块结构,使得该可扩展双域模乘单元可以同时支持素数域与二进制域两个域的模乘运算,这一点在进行椭圆曲线密码(ECC)运算时尤为重要.最后以256bit素域模乘为例验证本设计,结果表明该可扩展双域模乘单元既可以降低开销,保持合理的可接受性能,又可以提高硬件开销以完全发挥性能潜力.     

二次Booth编码的大数乘法器设计

为了解决现有信息安全公钥签名算法存在的对大量模乘运算处理速度不快的问题,提出了一种高阶Booth编码的大数乘法器结构和二次编码的Booth 64线性变换式。二次编码既减少了部分积个数,也减少了高阶Booth编码预计算奇数倍的被乘数个数。基于此结构和编码,用Verilog代码设计了570×570b流水线乘法器。基于SMIC 0.18μm工艺,综合表明电路的关键路径延时为5.8 ns,芯片面积小于30mm2。可用于高性能的整数因子分解算法(RSA)2048 b、椭圆曲线算法(ECC)素数域512 b芯片的实现。     

GF(2m)域高效椭圆曲线标量乘结构的研究

为提高椭圆曲线加密运算的速度,提出了一种多项式基表示的GF(2m)域高效标量乘加速器结构.该结构对面积和性能进行了合理的权衡,采用点加、倍点模块并行运算以提高速度;为了减少面积采用并行和串行相结合的方法对点加和倍点模块进行优化,初始化和最后的坐标变换求逆模块通过优化分解成一系列乘和加运算,合并在一个模块中用串行结构实现.采用Xilinx公司的VirtexE XCV2600 FPGA硬件实现结果表明,完成有限域GF(2163)上任意椭圆曲线上的一次标量乘的全部运算时间消耗为36.5μs,适合高性能椭圆曲线加密应用的要求.     

关于椭圆曲线计算域的讨论

椭圆曲线加密算法是一种不对称加密算法,它已经被列入IEEEP1361,作为公开密钥加密标准。一方面,在相同的安全需求下,ECC需要的密钥的长度比RSA要短,所以加密的速度要快得多、存储空间占用小、带宽要求低;另一方面,ECC的理论也相当成熟。本文介绍了ECC的运算,并重点讨论了椭圆曲线ECC的计算域。     

Fp上不可约与本原多项式的高效确定算法

对于一大类整数n(n为素数乘于素数或1的积),分别给出有限域Fp上n次多项式是不可约多项式与本原多项式的一个充要条件,该条件可通过O(n3)次Fp上乘法加以验证,易于硬件实现.提出可约多项式一个充分条件,借此减少验证时间,并得到用O(n4)次Fp上乘法确定一个n次不可约多项式及一个n次本原多项式的高效算法.对于ECC中构造Fnp上椭圆曲线、序列密码中构造LFSR,有重要的应用价值.     

一种高性能可扩展双域模乘器的研究与设计

在原始蒙哥马利模乘算法基础上提出一种双域统一的蒙哥马利模乘算法.根据该算法设计了一种高性能可扩展双域模乘单元电路,以支持蒙哥马利模乘运算的加速计算.该模乘单元电路采用以高基数为处理字长,并使用多处理单元流水计算的方法,来实现高效快速的模乘计算,具有高度的可扩展性和可配置性,支持双域任意位宽的模乘运算.在0.18μm CMOS工艺下,对模乘单元电路性能和面积进行评估表明,面积为166×103门,完成1 024bit的模乘运算仅需1.3μs.     

Radix-8复数除法器的设计与实现

设计了一种高性能、低功耗的Radix-8时序复数除法器.该复数除法器采用了逐位递归算法和操作数预变换技术,并在传统结构的基础上,选用冗余形式保留预校正变量,节省了超长进位加法器的使用,缩短了关键路径的延时.设计还通过实部和虚部商位的合并以及基于6输入查找表结构的硬件优化,提高了乘加逻辑单元的资源利用率.Stratix-Ⅱ型现场可编程逻辑器件仿真验证表明,与使用超长进位加法器的传统结构相比,所设计的复数除法器的速度提高了44%,硬件资源减少了31%.     

椭圆曲线加密算法的一类实现

椭圆曲线密码体制(ECC)是利用椭圆曲线点群上的离散对数问题的难解性而提出的一种公开密钥算法,计算量集中在大数的点乘、点加、模乘、模加、模逆、模幂等方面。本文讨论了椭圆曲线加密算法中涉及的大数计算算法,并用给出椭圆曲线算法的C语言实现。     

二进制域滑动窗口快速模乘算法

加速GF（2^m）上的模乘运算是提高GF（2^m）上ECC算法性能的关键。分析了窗口宽度ω的comb多项式乘法和NIST约简多项式算法,结合两种算法提出一种滑动窗口的快速模乘算法。该算法弥补了先乘后模方法在时间上和存储空间上的缺点,缩短了运算时间,仿真结果表明快速模算法的运算效率比先乘后模的窗口comb多项式乘法和NIST快速约简速度提高21%左右,预计算只需要ω-1个值。     

RSA中大素数生成算法优化及电路实现

为了减少大素数生成时间并加快RSA(Rivest,ShamirAdleman)公钥密码算法的加解密速度,并行化实现了小素数试除和Miller-Rabin素性测试两大关键步骤,使其在进行素性测试的同时能进行小素数试除,从而大幅减少了小素数试除单独运算消耗的时间.为了加速Miller-Rabin素性测试须要反复调用的模乘运算单元,采用一种基于字的高基Montgomery算法及多级流水结构,设计了一种可配置的高速模乘运算电路.经FPGA(现场可编程门阵列)测试,在100 MHz频率下,生成的512bit大素数的平均耗时约为75ms,生成的1 024bit密钥对的平均耗时约为166ms,耗时只有参照结果的54.2%左右.     

An FPGA Implementation of GF （p） Elliptic Curve Cryptographic Coprocessor

A GF (p) elliptic curve cryptographic coprocessor is proposed and implemented on Field Programmable Gate Array (FPGA). The focus of the coprocessor is on the most critical, complicated and time-consuming point multiplications. The technique of coordinates conversion and fast multiplication algorithm of two large integers are utilized to avoid frequent inversions and to accelerate the field multiplications used in point multiplications. The characteristic of hardware parallelism is considered in the implementation of point multiplications. The coprocessor implemented on XILINX XC2V3000 computes a point multiplication for an arbitrarypoint on a curve defined over GF(2^192-2^64-1) with the frequency of 10 MHz in 4.40 ms in the average case and 5.74ms in the worst case. At the same circumstance, the coprocessor implemented on XILINX XC2V4000 takes 2.2 ms in the average case and 2.88 ms in the worst case.     

基于改进x2n次方器的二进制域快速模逆

研究椭圆曲线加密算法（ECC）中模逆运算的硬件结构.实现了2个基于Itoh-Tsujii算法（ITA）的模逆硬件结构,最小时钟周期模逆结构（LCC）和高速模逆结构（HS）,两种结构均使用简化为非迭代逻辑的二进制域2n次方器和模乘器,并在Xilinx Virtex-5上实现.综合结果表明,本算法提高了时钟频率,两种结构分别达到了不同场景的最小延迟.LCC结构在GF （2163）上用9周期完成运算,频率达到126.1 MHz,性能比以往工作提高56%;HS结构在GF （2193）上用20周期完成两次运算,频率达到177.6 MHz,性能比以往工作提高134%.      

基于ECC的嵌入式安全方案实现

详细分析了椭圆曲线密码体制上的算法,如大数模加、求逆、点加、点积等运算,并在ARM上实现了基于192-bit 素域上的椭圆曲线密码体制的数字签名方案.     

椭圆曲线密码引擎算法的设计与实现

针对Ｉｎｔｅｌ体系结构ＭＭＸ＾ＴＭ处理器的特点,设计并实现了一种椭圆曲线密码体制（ＥＣＣ）算法,提出一种ＥＣＣ数学模型,结合具体的公钥加密方案,推导出一种点积运算的快速算法。在Ｉｎｔｒａｎｅｔ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ环境下,为开发者提供了一种利用ＥＣＣ开发电子商务安全、数据保密通信等应用的通用算法模型,使ＥＣＣ实时及实用成为可能。     

Research and design of reconfigurable composite field multiplication in symmetric cipher algorithms

The composite field multiplication is an important and complex module in symmetric cipher algorithms, and its realization performance directly restricts the processing speed of symmetric cipher algorithms. Based on the characteristics of composite field multiplication in symmetric cipher algorithms and the realization principle of its reconfigurable architectures, this paper describes the reconfigurable composite field multiplication over GF((2~8)~k)(k=1,2,3,4) in RISC(reduced instruction set computer) processor and VLIW(very long instruction word) processor architecture, respectively. Through configuration, the architectures can realize the composite field multiplication over GF(2~8), GF((2~8)~2), GF((2~8)~3) and GF((2~8)~4) flexibly and efficiently. We simulated the function of circuits and synthesized the reconfigurable design based on the 0.18 μm CMOS(complementary metal oxide semiconductor) standard cell library and the comparison with other same kind designs. The result shows that the reconfigurable design proposed in the paper can provide higher efficiency under the premise of flexibility.     

椭圆曲线加密体制的双有限域算法及其FPGA实现

提出一种支持椭圆曲线加密体制的双有限域算法。该算法可以同时完成素数域和二进制域上的运算,并且模数p和取模多项式可以任意选取。提出了椭圆曲线加密体制运算单元的设计方法,此运算单元可以同时完成素数域和二进制域上的所有运算,包括加法、减法、乘法、平方、求逆和除法。此外,描述了椭圆曲线加密体制的FPGA实现,最终的电路可以对任意长度密钥进行加密,并且支持素数域和二进制域上的任意椭圆曲线。     

An FPGA Implementation of GF(p) Elliptic Curve Cryptographic Coprocessor

0　IntroductionE lliptic Curve Cryptosystems have emerged as a promis ing new area in public key cryptography since it wasfirst introduced in the mid 1980’s[1,2]. Compared with otherestablished public key cryptosystems, the main attraction ofell…     

快速乘法器的设计与实现

基于有限域上椭圆曲线公开密匙协议的离散对数计算算法正日益成为热点,而有限域上的计算尤其是乘法计算极大地影响其加/解密速度.提出了一种复合域GF((2m1)m2)上的快速乘法器.该乘法器采用并行计算和串行计算相结合的方法,只增加少量硬件规模,将一次有限域乘法的计算速度由原来的m=m2m1个时钟周期降低到m2个时钟周期,从而大大地提高了乘法器的计算速度.     

一类纠缠辅助量子纠错码的构造

利用重根循环码构造了纠缠辅助量子纠错码。首先确定了有限域GF(p)上长度为2p^s的循环码与其对偶码交的维数，然后确定了GF(p)上长度为2p^s的循环码的最小距离，最后利用CSS构造方法，由这类重根循环码构造了几类纠缠辅助量子纠错码。     

GF（2^m）域上椭圆曲线点乘算法的改进

介绍了在GF(2m)域上实现非超异椭圆曲线的点乘的算法,它是Montgomery 算法的改进.该算法无需乘法预处理,运算速度快于IEEE P1363草案标准上"加-减"算法,而且占用的内存资源少,易于软、硬件方式的实现.因此,该算法更利于在那些资源有限的环境中实现椭圆曲线加密体制.