【摘要】：橢圓曲線密碼ECC(Elliptic Curve Cryptography)具有安全強(qiáng)度高、功耗低、存儲空間小等優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于身份認(rèn)證、快速加密、數(shù)字簽名等領(lǐng)域。但常見的ECC系統(tǒng)由于所基于的有限域、橢圓曲線及不可約多項式各不相同,所以無法避免互通問題,而設(shè)計一款支持雙域運(yùn)算的ECC協(xié)處理器可以有效的解決這一問題。本論文主要針對雙域ECC協(xié)處理器設(shè)計中的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究。橢圓曲線加密的核心是點(diǎn)乘運(yùn)算,而點(diǎn)乘運(yùn)算是一個自頂向下逐級調(diào)用的過程,據(jù)此本文設(shè)計出能夠靈活支持雙域點(diǎn)運(yùn)算模塊、雙域模運(yùn)算模塊的ECC協(xié)處理器結(jié)構(gòu)。論文首先對橢圓曲線密碼算法中域上的模運(yùn)算算法進(jìn)行了深入研究,將不含進(jìn)位鏈操作的二元域加法嵌入到素域加法中,緊接著基于該雙域加法器設(shè)計一種能以可變步長迭代的雙域Montgomery模乘運(yùn)算方案,最后提出與該算法結(jié)構(gòu)對應(yīng)的串并混合硬件實現(xiàn)方案。仿真結(jié)果表明,采用該模乘方案執(zhí)行一次256位素域模乘僅需要0.31us,該模乘器的吞吐量比現(xiàn)有文獻(xiàn)至少提高0.84倍。論文其次研究了橢圓曲線層不同坐標(biāo)系下點(diǎn)運(yùn)算的效率以及算法的并行性,提出一種能將素數(shù)域雅可比坐標(biāo)系下倍點(diǎn)提高37%、仿射-雅可比坐標(biāo)系下點(diǎn)加提高10%的雙路并行調(diào)度算法。同時依據(jù)該調(diào)度方式,二元域上LD坐標(biāo)系的倍點(diǎn)效率提高了41%,LD仿射坐標(biāo)下的點(diǎn)加運(yùn)算效率提高了26%。最后,本設(shè)計的雙域ECC協(xié)處理器可以根據(jù)主機(jī)系統(tǒng)發(fā)送的指令代碼,執(zhí)行高效的素域和二元域點(diǎn)乘運(yùn)算、點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算以及模乘、模逆等域運(yùn)算。另外,本設(shè)計的運(yùn)算模塊并沒有使用器件內(nèi)部的任何專用乘法器,所以具有良好的可移植性,使得該雙域ECC協(xié)處理器的靈活性更高。本文主要針對支持雙域運(yùn)算的ECC協(xié)處理器的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,分別從橢圓曲線群上的點(diǎn)運(yùn)算和有限域上的模運(yùn)算兩個角度出發(fā),結(jié)合橢圓曲線密碼系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的特點(diǎn),設(shè)計出同時支持素域和二元域運(yùn)算的高性能ECC協(xié)處理器,能夠?qū)崿F(xiàn)與主機(jī)系統(tǒng)協(xié)同執(zhí)行多種ECC運(yùn)算。
【圖文】：

橢圓曲線密碼協(xié)處理器的體系結(jié)構(gòu)

橢圓曲線協(xié)處理器與主機(jī)系統(tǒng)協(xié)同計算點(diǎn)乘
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP332;TN918.1

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本文編號：2610687