本文關鍵詞：橢圓曲線密碼算法的硬件加速研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：橢圓曲線密碼體制(ECC)是由Neal Koblitz和Victor Miller分別獨立提出的一種公鑰密碼體制。公鑰密碼體制又稱非對稱密碼體制,最早由Diffie和Hellman提出,與傳統(tǒng)的使用相同的密鑰進行加密和解密的私鑰密碼體制不同,它基于數(shù)學問題的難解性,使用不同且分離的密鑰進行加密和解密。公鑰密碼體制的出現(xiàn)有效地解決了傳統(tǒng)密碼體制所面臨的密鑰分發(fā)、密鑰管理等難題。與其他公鑰密碼體制(例如RSA)相比,在實現(xiàn)相同的安全級別時,ECC所需的計算量更少,密鑰長度也更短,這使得ECC成為了資源受限制的應用環(huán)境中理想的公鑰密碼算法。橢圓曲線密碼體制的實現(xiàn)方式可以分為軟件實現(xiàn)和硬件實現(xiàn)。軟件方式可以在通用處理器上借助高級編程語言完成,具有實現(xiàn)成本低、研發(fā)周期短的優(yōu)勢,但該方式所帶來的較低的執(zhí)行效率難以滿足某些應用環(huán)境對性能的嚴格要求。硬件方式即通過設計硬件功能模塊或芯片從而實現(xiàn)橢圓曲線密碼體制,硬件實現(xiàn)方式雖然研發(fā)成本高、研發(fā)周期長,但硬件芯片的執(zhí)行效率較高,克服了軟件執(zhí)行方式性能低下的缺陷。此外,硬件實現(xiàn)密碼算法時,所有操作均在芯片內(nèi)部進行,保持了物理上的隔絕,從而具有更高的安全性和可靠性。針對橢圓曲線密碼算法,以硬件加速的方式提高算法的執(zhí)行速度,本文提出了基于FPGA芯片和基于專用指令處理器的兩種硬件加速研究方案�；贔PGA芯片的硬件加速方案是指在結合FPGA的硬件特性選擇合適的算法之后,對算法進行改進以充分利用FPGA高度并行的優(yōu)勢并同時控制對硬件資源的消耗,然后根據(jù)算法中所出現(xiàn)的每一種運算設計更優(yōu)的運算模塊。該方案通過調(diào)整各運算模塊間的邏輯關系,并借助并行和流水的加速方式,最大程度上減少主要模塊的空閑周期,從而憑借較少的硬件資源消耗便實現(xiàn)了高性能的目標。基于專用指令處理器的硬件加速方案是指在已有處理器和指令集的基礎上,設計用戶專用指令并通過LISA語言建立處理器的高層模型,并對所設計的處理器模型進行高層的指令集仿真和驗證。然后將LISA語言所建立的處理器模型轉(zhuǎn)換成Verilog/VHDLRTL級描述的模型,并通過使用綜合工具對RTL級描述的模型進行綜合、布局和布線,從而將處理器模型轉(zhuǎn)換成對應的門級電路,驗證模型設計的正確性。
【關鍵詞】：橢圓曲線密碼體制 標量乘法 硬件加速 FPGA 專用指令處理器
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN918.4
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-17
• 1.1 選題背景和研究意義12-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 論文主要工作和組織結構14-17
• 第2章 橢圓曲線密碼體制的理論基礎17-22
• 2.1 有限域17-18
• 2.1.1 有限域17-18
• 2.1.2 二進制域18
• 2.2 橢圓曲線18-20
• 2.2.1 橢圓曲線18-19
• 2.2.2 運算法則19-20
• 2.3 橢圓曲線密碼體制的運算層次20-21
• 2.4 本章小結21-22
• 第3章 橢圓曲線密碼體制的算法研究22-35
• 3.1 約減運算22-23
• 3.2 乘法運算23-26
• 3.2.1 比特并行乘法24-25
• 3.2.2 Karatsuba-Ofman多項式乘法25-26
• 3.3 平方運算26-27
• 3.4 求逆運算27-28
• 3.5 橢圓曲線標量乘法28-33
• 3.5.1 二進制方法29-31
• 3.5.2 Montgomery方法31-33
• 3.6 本章小結33-35
• 第4章 橢圓曲線密碼算法的硬件加速35-54
• 4.1 硬件加速研究36-38
• 4.2 基于FPGA的硬件加速38-47
• 4.2.1 改進的橢圓曲線標量乘法38-43
• 4.2.2 有限域運算單元的硬件設計43-45
• 4.2.3 整體結構設計45
• 4.2.4 執(zhí)行結果分析45-47
• 4.3 基于專用指令處理器的硬件加速47-52
• 4.3.1 專用指令處理器設計流程47-48
• 4.3.2 橢圓曲線密碼算法的指令擴展48-50
• 4.3.3 擴展指令的設計50-51
• 4.3.4 性能評估51-52
• 4.4 本章小結52-54
• 第5章 總結與展望54-56
• 5.1 全文總結54-55
• 5.2 課題展望55-56
• 參考文獻56-61
• 致謝61-62
• 攻讀學位期間發(fā)表的主要學術論文62-63
• 攻讀學位期間參與科研項目及獲獎情況63-64
• 附件64

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳婧;蔣俊潔;王石;鄧小鐵;汪東升;;基于FPGA的高速橢圓曲線標量乘法結構[J];計算機研究與發(fā)展;2008年11期

  本文關鍵詞：橢圓曲線密碼算法的硬件加速研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：314690