本文關(guān)鍵詞：素數(shù)域橢圓曲線密碼SoC的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：隨著計算機和電子商務(wù)的不斷發(fā)展,信息安全變得日益重要。公鑰密碼系統(tǒng)是信息安全領(lǐng)域的重要分支,橢圓曲線密碼系統(tǒng)作為目前已知的所有公鑰密碼中單比特安全性最高的密碼算法,獲得了廣泛的應(yīng)用。 本文研究了橢圓曲線密碼SoC設(shè)計的相關(guān)技術(shù),提出了一種適合于橢圓曲線密碼算法的SoC結(jié)構(gòu)。首先介紹了SoC設(shè)計的背景和軟硬件協(xié)同設(shè)計方法學,并分析了橢圓曲線密碼算法的理論基礎(chǔ)和SM2國密算法。其次分析了素數(shù)域橢圓曲線密碼算法的軟件效率,針對軟件算法效率較低的問題,對密碼系統(tǒng)進行了合理的軟硬件劃分,并提出一種適合橢圓曲線密碼算法的SoC架構(gòu)。根據(jù)軟硬件劃分的結(jié)果,提出了一種適合于橢圓曲線密碼SoC的硬件加速器設(shè)計,并采用ASIC設(shè)計方法實現(xiàn)了該ECC硬件加速器。 ECC硬件加速器支持素數(shù)域上位寬為64倍數(shù)的192位、256位到2048位的點乘和素數(shù)檢測,并配備了緊耦合的存儲單元。基于HJTC0.11um eFlash單元庫綜合的結(jié)果表明,加速器的最大工作頻率可以達到160MHz,面積約為0.6mm2。在50MHz的頻率下,192-bit非固定點乘運算性能為167次/s,256-bit非固定點乘運算性能為94次/s。實驗結(jié)果表明,該加速器的單位面積性能高于其他同類設(shè)計。密碼芯片實現(xiàn)了SM2商用密碼標準規(guī)定的6種算法,芯片面積約為4mm2。數(shù)字簽名的速度為64.1次/s,驗證簽名的速度為25.6次/s,公鑰加密的速度為35.7次/s,公鑰解密的速度為60.2次/s,密鑰生成的速度為72.7次/s,密鑰交換的速度為11.8次/s。實驗結(jié)果表明,該加速器的單位面積性能高于其他同類設(shè)計。
【關(guān)鍵詞】：橢圓曲線密碼(ECC) SoC 加速器 軟硬件劃分
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN918.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目錄7-9
• 插圖和附表目錄9-11
• 1 緒論11-16
• 1.1 課題背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 本文研究內(nèi)容和主要創(chuàng)新點14-15
• 1.4 本文架構(gòu)15-16
• 2 SOC平臺和SOC軟硬件協(xié)同設(shè)計16-19
• 2.1 軟硬件協(xié)同設(shè)計17-19
• 3 橢圓曲線密碼算法理論基礎(chǔ)19-31
• 3.1 橢圓曲線密碼算法19-20
• 3.2 橢圓曲線密碼SM2標準20-22
• 3.2.1 數(shù)字簽名算法21
• 3.2.2 密鑰交換協(xié)議21-22
• 3.2.3 公鑰加密算法22
• 3.3 橢圓曲線密碼運算層次研究22-23
• 3.4 橢圓曲線運算分析23-31
• 3.4.1 模加運算23-24
• 3.4.2 模減運算24
• 3.4.3 模乘運算24-26
• 3.4.4 模逆運算26-27
• 3.4.5 模冪運算27
• 3.4.6 點加運算和倍點運算27-29
• 3.4.7 點乘運算29
• 3.4.8 素數(shù)檢測29-31
• 4 橢圓曲線密碼SOC架構(gòu)31-49
• 4.1 芯片功能定義31-32
• 4.2 軟硬件劃分32-44
• 4.2.1 純軟件的SM2橢圓曲線密碼算法應(yīng)用32-44
• 4.2.1.1 開放源代碼庫OpenSSL簡介33-34
• 4.2.1.2 橢圓曲線建立與功能函數(shù)34-35
• 4.2.1.3 軟件流程圖35-41
• 4.2.1.4 軟件算法性能41-44
• 4.2.2 軟硬件劃分方案44
• 4.3 SoC架構(gòu)44-49
• 4.3.1 SMS靜態(tài)存儲器系統(tǒng)46-47
• 4.3.2 POWM功耗管理47-49
• 5 ECC硬件加速器的VLSI實現(xiàn)49-66
• 5.1 點乘運算50-57
• 5.1.1 點乘控制模塊51-52
• 5.1.2 點加運算模塊52-54
• 5.1.3 倍點運算模塊54-55
• 5.1.4 橢圓曲線的坐標系轉(zhuǎn)換55-57
• 5.2 RABIN素數(shù)檢測57-59
• 5.3 模乘運算59-61
• 5.4 模冪運算61-62
• 5.5 模逆運算62
• 5.6 模加和模減運算62-63
• 5.7 加速器綜合結(jié)果和性能分析63-66
• 6 芯片實現(xiàn)66-67
• 7 總結(jié)與展望67-68
• 參考文獻68-71
• 攻讀碩士學位期間主要的研究成果71

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 隋愛芬,楊義先,鈕心忻,羅守山;基于橢圓曲線密碼的可認證密鑰協(xié)商協(xié)議的研究[J];北京郵電大學學報;2004年03期

2 張險峰,秦志光,劉錦德;橢圓曲線加密系統(tǒng)的性能分析[J];電子科技大學學報;2001年02期

3 楊君輝,戴宗鐸,楊棟毅,劉宏偉;一種橢圓曲線簽名方案與基于身份的簽名協(xié)議[J];軟件學報;2000年10期

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本文編號：936890