双域椭圆曲线密码协处理器关键技术研究

发布时间：2020-04-01 16:21

【摘要】：椭圆曲线密码ECC(Elliptic Curve Cryptography)具有安全强度高、功耗低、存储空间小等优点,因此被广泛应用于身份认证、快速加密、数字签名等领域。但常见的ECC系统由于所基于的有限域、椭圆曲线及不可约多项式各不相同,所以无法避免互通问题,而设计一款支持双域运算的ECC协处理器可以有效的解决这一问题。本论文主要针对双域ECC协处理器设计中的关键问题进行研究。椭圆曲线加密的核心是点乘运算,而点乘运算是一个自顶向下逐级调用的过程,据此本文设计出能够灵活支持双域点运算模块、双域模运算模块的ECC协处理器结构。论文首先对椭圆曲线密码算法中域上的模运算算法进行了深入研究,将不含进位链操作的二元域加法嵌入到素域加法中,紧接着基于该双域加法器设计一种能以可变步长迭代的双域Montgomery模乘运算方案,最后提出与该算法结构对应的串并混合硬件实现方案。仿真结果表明,采用该模乘方案执行一次256位素域模乘仅需要0.31us,该模乘器的吞吐量比现有文献至少提高0.84倍。论文其次研究了椭圆曲线层不同坐标系下点运算的效率以及算法的并行性,提出一种能将素数域雅可比坐标系下倍点提高37%、仿射-雅可比坐标系下点加提高10%的双路并行调度算法。同时依据该调度方式,二元域上LD坐标系的倍点效率提高了41%,LD仿射坐标下的点加运算效率提高了26%。最后,本设计的双域ECC协处理器可以根据主机系统发送的指令代码,执行高效的素域和二元域点乘运算、点加和倍点运算以及模乘、模逆等域运算。另外,本设计的运算模块并没有使用器件内部的任何专用乘法器,所以具有良好的可移植性,使得该双域ECC协处理器的灵活性更高。本文主要针对支持双域运算的ECC协处理器的关键技术进行了研究,分别从椭圆曲线群上的点运算和有限域上的模运算两个角度出发,结合椭圆曲线密码系统处理数据的特点,设计出同时支持素域和二元域运算的高性能ECC协处理器,能够实现与主机系统协同执行多种ECC运算。
【图文】：

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椭圆曲线密码协处理器的体系结构

设计图,协处理器,协同计算,椭圆曲线密码

椭圆曲线协处理器与主机系统协同计算点乘
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP332;TN918.1

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