面向模乘优化的RSA/SM2逻辑组件设计与验证

发布时间：2022-12-23 05:58

　　随着信息技术的不断发展,网络安全得到了越来越多的关注。密码学为信息安全提供了强有力地支撑,尤其是以RSA和ECC为代表的公钥密码体制解决了对称密码密钥分发、身份识别等关键性问题。为了提高公钥密码算法的效率和安全性,将密码算法集成到相关密码协处理器、密码芯片等电路设计中,重点包括算法中涉及到的模乘、模幂和模逆等复杂运算。本文通过对模乘算法展开调研,分析了Montgomery模乘的优点,充分利用操作数相等情况下的特性,对模乘算法进行优化。并采用硬件描述语言设计了运算电路,通过FPGA实现模乘、模幂运算。主要工作和创新点如下:1.提出了一种基于FIPS（Finely Integrated Product Scanning）模乘的高效双域模乘算法。该算法充分考虑了公钥密码算法在操作数相等情况下的模乘运算,减少了该情况下的乘法、加法和读取操作等,提高了模乘的运行效率,降低了运算功耗,为资源受限设备中同时实现RSA和SM2算法提供了统一的双域模乘算法。2.设计了可扩展双域模乘单元电路。采用Verilog HDL进行电路描述,引入流水线结构,以小面积、低功耗为重点,包括双域乘法器、双域加法器以及模乘... 

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 公钥密码算法的发展现状
        1.2.2 公钥密码算法的实现途径
    1.3 论文的研究内容及结构安排
    1.4 主要工作
    1.5 本章小结
第二章 相关理论和技术
    2.1 公钥密码算法RSA
        2.1.1 RSA算法简介
        2.1.2 模幂算法
    2.2 椭圆曲线密码算法SM2
        2.2.1 SM2算法简介
        2.2.2 SM2的层次结构
    2.3 模乘算法
        2.3.1 Blakley模乘算法
        2.3.2 Barrett模乘算法
        2.3.3 Montgomery模乘算法
    2.4 模逆算法
    2.5 本章小结
第三章 FIPS算法设计与优化
    3.1 引言
    3.2 RSA和SM2中模平方分析
        3.2.1 RSA中的模平方
        3.2.2 SM2中的模平方
    3.3 FIPS算法优化
        3.3.1 算法描述
        3.3.2 优化设计
    3.4 高效双域FIPS模乘算法
        3.4.1 算法描述
        3.4.2 算法可行性分析
        3.4.3 算法效率分析
    3.5 本章小结
第四章 高效双域FIPS模乘设计与验证
    4.1 Verilog HDL语言
    4.2 模乘运算的分析与设计
        4.2.1 整体架构
        4.2.2 模乘运算模块
        4.2.3 模乘控制模块
    4.3 模幂运算的分析与设计
        4.3.2 L_R模幂设计
        4.3.3 蒙哥马利阶梯模幂设计
    4.4 实验仿真与验证
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
附录：攻读学位期间参与的科研项目与主要研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]高速双域乘法器设计及其应用[J]. 郑朝霞,资义纯,田园,吴浩.  微电子学与计算机. 2016(05)
[2]可扩展双域模乘器设计与研究[J]. 廖望,万美琳,戴葵,邹雪城.  华中科技大学学报(自然科学版). 2015(09)
[3]嵌入式系统芯片中SM2算法软硬件协同设计与实现[J]. 钟丽,刘彦,余思洋,谢中.  计算机应用. 2015(05)
[4]有限域上模逆电路的可逆逻辑设计[J]. 齐学梅,汤其妹,陈付龙,杨洁,叶和平.  计算机科学与探索. 2015(05)
[5]智能卡中非对称算法模幂运算单元的设计与验证[J]. 邵佳佳,乌力吉,张向民.  微电子学与计算机. 2015(02)
[6]高基Montgomery模乘阵列结构设计与实现[J]. 邬贵明,谢向辉,吴东,郑方,严忻恺.  计算机工程与科学. 2014(02)
[7]基于有符号数字系统的Montgomery模逆算法及其硬件实现[J]. 陈琳,孙万忠,陈性元,戴紫彬.  电子学报. 2012(03)
[8]基于FPGA实现的SMS4算法研究[J]. 程海,丁群,杜辉,黄春光.  仪器仪表学报. 2011(12)
[9]高性能可扩展公钥密码协处理器研究与设计[J]. 黎明,吴丹,戴葵,邹雪城.  电子学报. 2011(03)
[10]双有限域模乘和模逆算法及其硬件实现[J]. 陈光化,朱景明,刘名,曾为民.  电子与信息学报. 2010(09)

硕士论文
[1]模逆和椭圆曲线标量乘的安全外包计算协议[D]. 张小青.西安电子科技大学 2014



本文编号：3724855