一种混合型的多变量数字签名系统的低资源FPGA设计与实现

发布时间：2017-09-14 08:16

  本文关键词：一种混合型的多变量数字签名系统的低资源FPGA设计与实现

  更多相关文章： MPKC RGB签名方案 低资源 低功耗 FPGA

【摘要】：公钥密码学一直都是安全通信中不可或缺的关键技术,非对称加密技术最常见的应用是密钥协商,用于建立安全信道,以及数字签名,用于提供信息的来源与不可否认性。随着移动通信技术的快速发展,智能卡、RFID等移动设备也早已被人们所熟知,而我们也已经步入移动互联网时代。使用移动设备购物支付或者进行金融活动等场景已经成为现实。然而这些移动设备多大数计算能力弱,存储空间有限,这就使得在这些设备上使用传统的RSA硬件来保证安全性显得很困难。而MPKC相比较而言计算量小,在这些低端设备上有着更大的优势。再者,随着量子计算机的出现,使用多项式算法时间求解RSA与ECC所依赖的数学难题已经成为可能。于是,所有使用这两种传统算法的机制都存在潜在的不安全性。而虽然MPKC仍处于研究阶段,但是目前还没有任何的成果表明能在多项式时间内求解MPKC所依赖的MQ难题。MPKC发展至今已有二十余年,其下的各种加密方案还不是很完善,但是其签名方案是安全而有效的。最近,一种名为RGB的混合型多变量数字签名方案被提出。该方案是UOV的一种变体,在选择适当的安全参数下,可以抵御目前已有的针对MPKC密码方案的攻击方法。本文意在以28为基底的有限域上,以低功耗和低资源开销作为目标,使用FPGA技术,用硬件方式实现RGB多变量公钥数字签名方案。本文首先对RGB签名方案做了多平台软件设计,并对GF(28)有限域的运算器进行设计及实现,然后基于微处理器的方式将该方案进行实现,最后进行功能测试和功耗面积测算,以及实际验证,最终得到一套低资源低功耗的RGB签名系统的密码芯片设计方案。
【关键词】：MPKC RGB签名方案 低资源 低功耗 FPGA
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN918.91;TN791
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 研究内容和主要成果12-13
• 1.4 论文组织结构13-14
• 第二章 多变量公钥密码体制基础知识14-28
• 2.1 公钥密码体制简介14
• 2.2 多变量公钥密码体制（MPKC）简介14-15
• 2.3 数学基础知识15-17
• 2.3.1 域和有限域的基本概念15-16
• 2.3.2 有限域上的多项式方程组16-17
• 2.3.3 MPKC依赖的困难问题17
• 2.4 多变量公钥密码体制的分类17-21
• 2.4.1 双极型系统18-19
• 2.4.2 混合型系统19-21
• 2.5 典型的多变量公钥密码方案分类21-26
• 2.5.1 MI方案21-23
• 2.5.2 HFE方案23
• 2.5.3 油醋签名方案23-25
• 2.5.4 三角体制25-26
• 2.6 常见MPKC攻击方法26-27
• 2.6.1 直接攻击26
• 2.6.2 线性化方程攻击26
• 2.6.3 秩攻击26-27
• 2.6.4 差分攻击27
• 2.6.5 Kipnis-Shamir攻击27
• 2.7 本章小结27-28
• 第三章 RGB多变量数字签名方案28-40
• 3.1 算法描述28-31
• 3.1.1 三色映射28-30
• 3.1.2 RGB签名方案完整描述30-31
• 3.2 仿射变换与高斯消元法31-33
• 3.2.1 仿射变换31-32
• 3.2.2 高斯消元法32-33
• 3.3 RGB和UOV的区别33-34
• 3.4 RGB签名方案的安全性分析34-36
• 3.5 RGB签名方案参数选择和运行代价36-38
• 3.6 与其他多变量签名方案的对比38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 第四章 RGB软件设计与有限域运算器设计40-50
• 4.1 RGB软件模块的设计与实现40-42
• 4.1.1 有限域模块40
• 4.1.2 矩阵模块40
• 4.1.3 高斯消元模块40-41
• 4.1.4 密钥对生成模块41
• 4.1.5 签名及验证模块41-42
• 4.1.6 软件实现结果42
• 4.2 GF(2~8)有限域的运算器设计42-49
• 4.2.1 有限域的基43
• 4.2.2 GF(2~8)有限域乘法器43-46
• 4.2.3 GF(2~8)有限域求逆器46-48
• 4.2.4 随机数生成器48-49
• 4.3 资源评估49
• 4.4 本章小结49-50
• 第五章 RGB签名方案的微处理器设计50-65
• 5.1 微处理器概述50-52
• 5.1.1 通用微处理器和专用微处理器50
• 5.1.2 微处理器技术50-52
• 5.2 RGB签名方案指令集52-57
• 5.2.1 指令系统52-53
• 5.2.2 RGB指令集53-54
• 5.2.3 寻址方式与指令格式54-57
• 5.3 指令译码57-58
• 5.3.1 RGB指令集译码表57-58
• 5.3.2 程序转译58
• 5.4 RGB微处理器设计58-64
• 5.4.1 读取指令模块59-60
• 5.4.2 翻译指令模块60-61
• 5.4.3 控制使能模块61-62
• 5.4.4 执行操作模块62-63
• 5.4.5 读写数据模块63-64
• 5.5 实现结果64
• 5.6 本章小结64-65
• 第六章 实验环境与结果分析65-70
• 6.1 实验环境65-67
• 6.1.1 RGB方案软件设计环境65-66
• 6.1.2 RGB方案硬件设计环境66-67
• 6.2 实验结果67-68
• 6.3 与其他MPKC硬件设计的对比68-69
• 6.4 与其他低资源设备的运行效率对比69
• 6.5 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 答辩委员会对论文的评定意见78

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