發(fā)布時間：2017-09-05 11:33

  本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的ECC加解密算法研究及設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： ECC FPGA 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 點(diǎn)乘算法 有限素?cái)?shù)域

【摘要】：目前商界廣泛使用的加密技術(shù)是基于大整數(shù)因子分解難題的RSA(Rivest Shamir Adleman)公鑰密碼技術(shù)。由于存在亞指數(shù)攻擊,隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的增強(qiáng),RSA只能通過增加密鑰長度來提高加密強(qiáng)度。橢圓曲線密碼體系[ECQElliptic Curve Cryptosystem)是一種基于橢圓曲線群上的新的公鑰密碼體系,最新研究表明密鑰長度為220比特的ECC加密強(qiáng)度比密鑰長度為2048比特的RSA加密強(qiáng)度高。ECC是基于橢圓曲線離散對數(shù)難題,與大整數(shù)因子分解難題(RSA)相比,ECC具有密鑰更短、安全性更高、運(yùn)算速度更快和所需存儲空間更少等優(yōu)勢。軟件和硬件都可以實(shí)現(xiàn)ECC密碼算法,其中軟件實(shí)現(xiàn)的加密速度和安全級別難以滿足信息安全的要求,硬件實(shí)現(xiàn)的加密速度和安全級別明顯高于軟件,能夠滿足信息安全的要求,但是其實(shí)現(xiàn)成本高。本課題采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方式,設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)ECC加解密算法。論文選擇有限素?cái)?shù)域上的橢圓曲線作為研究對象,首先結(jié)合軟硬件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析ECC加解密算法,合理劃分軟硬件模塊。然后重點(diǎn)研究硬件模塊用到的算法,先從理論上對其進(jìn)行改進(jìn),再結(jié)合所選FPGA器件提供的硬件資源,設(shè)計(jì)出速度和面積平衡的硬件電路。點(diǎn)乘運(yùn)算的性能決定了ECC加解密算法的性能,本文深入分析了常用的幾種點(diǎn)乘算法后,提出了一種點(diǎn)乘并行運(yùn)算算法,該算法支持點(diǎn)加和倍點(diǎn)同時運(yùn)算。經(jīng)過深入研究Jacobian射影坐標(biāo)系下點(diǎn)加算法和倍點(diǎn)算法的數(shù)據(jù)流特點(diǎn)后,分別設(shè)計(jì)了一種點(diǎn)加并行運(yùn)算算法和倍點(diǎn)并行運(yùn)算算法,該算法支持模乘和模加/減同時運(yùn)算�；诟倪M(jìn)后算法設(shè)計(jì)的點(diǎn)乘模塊,完成一次密鑰長度為256bit的點(diǎn)乘運(yùn)算需要138612個時鐘周期,在已查閱文獻(xiàn)中本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)乘模塊運(yùn)算時鐘節(jié)拍數(shù)最少。最后通過Signal Tap Ⅱ邏輯分析儀完成FPGA硬件電路的板級測試,從而驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的FPGA硬件電路的功能是否正確。通過上位機(jī)測試程序,完成ECC加解密算法的功能測試、性能測試和可靠性測試。測試結(jié)果表明：本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的ECC加解密算法功能正確,能夠長時間正常工作,性能和可靠性達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。其中點(diǎn)乘算法性能為489.8次/s,ECC加密算法性能為219.87次/s,ECC解密算法性能為402.23次/S。連續(xù)進(jìn)行2千萬組隨機(jī)明文加解密運(yùn)算,運(yùn)算結(jié)果完全正確,FPGA芯片工作溫度正常。
【關(guān)鍵詞】：ECC FPGA 軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì) 點(diǎn)乘算法 有限素?cái)?shù)域
【學(xué)位授予單位】：西安郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN918.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 主要符號表8-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 課題研究背景及意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10
• 1.3 論文創(chuàng)新點(diǎn)10-11
• 1.4 論文的主要工作與結(jié)構(gòu)安排11-13
• 第2章 橢圓曲線公鑰密碼體制理論基礎(chǔ)13-23
• 2.1 數(shù)論相關(guān)概念13-14
• 2.2 有限域簡介14-15
• 2.3 有限域上的橢圓曲線15-17
• 2.4 橢圓曲線密碼算法簡介17-21
• 2.5 本章小結(jié)21-23
• 第3章 橢圓曲線加解密算法總體方案設(shè)計(jì)23-31
• 3.1 橢圓曲線密碼體制有限域F_(256)上坐標(biāo)系和參數(shù)選取23-24
• 3.2 橢圓曲線加解密算法分析24-25
• 3.3 橢圓曲線加解密算法總體方案25-27
• 3.4 SOPC系統(tǒng)設(shè)計(jì)與搭建27-29
• 3.5 本章小結(jié)29-31
• 第4章 硬件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)31-57
• 4.1 有限域F_(256)上基本運(yùn)算模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)31-41
• 4.1.1 模加/減模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)31-33
• 4.1.2 模乘模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)33-36
• 4.1.2.1 模乘算法比較與改進(jìn)33-34
• 4.1.2.2 模乘模塊設(shè)計(jì)與功能仿真34-36
• 4.1.3 Montgomery數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)36-38
• 4.1.4 模逆模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)38-41
• 4.1.4.1 模逆算法比較與改進(jìn)38-40
• 4.1.4.2 模逆模塊設(shè)計(jì)與功能仿真40-41
• 4.2 點(diǎn)乘模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)41-52
• 4.2.1 點(diǎn)乘算法比較與改進(jìn)41-43
• 4.2.2 倍點(diǎn)算法與點(diǎn)加算法改進(jìn)43-46
• 4.2.3 Jacobian射影坐標(biāo)向仿射坐標(biāo)轉(zhuǎn)換46-47
• 4.2.4 點(diǎn)乘模塊設(shè)計(jì)47-50
• 4.2.5 點(diǎn)乘模塊功能仿真50-52
• 4.3 Hash模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)52-55
• 4.3.1 Hash模塊設(shè)計(jì)52-55
• 4.3.2 Hash模塊功能仿真55
• 4.4 本章小結(jié)55-57
• 第5章 軟件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)57-67
• 5.1 NIOS Ⅱ軟核程序設(shè)計(jì)57-62
• 5.1.1 Hash消息填充NIOS Ⅱ軟核程序設(shè)計(jì)57-58
• 5.1.2 KDF密鑰派生函數(shù)NIOS Ⅱ軟核程序設(shè)計(jì)58-59
• 5.1.3 ECC加密與解密算法NIOS Ⅱ軟核程序設(shè)計(jì)59-62
• 5.2 上位機(jī)測試程序設(shè)計(jì)62-66
• 5.2.1 上位機(jī)數(shù)據(jù)包格式定義62-63
• 5.2.2 功能測試程序設(shè)計(jì)63-64
• 5.2.3 性能測試和可靠性測試程序設(shè)計(jì)64-66
• 5.3 本章小結(jié)66-67
• 第6章 FPGA板級測試67-73
• 6.1 硬件模塊FPGA板級測試67-68
• 6.1.1 點(diǎn)乘模塊FPGA板級測試68
• 6.1.2 Hash模塊FPGA板級測試68
• 6.2 NIOS Ⅱ軟核程序FPGA板級測試68-71
• 6.2.1 ECC加解密算法功能測試68-70
• 6.2.2 ECC加解密算法性能測試和可靠性測試70-71
• 6.3 ECC加解密算法性能比較71
• 6.4 本章小節(jié)71-73
• 第7章 結(jié)論與展望73-75
• 7.1 結(jié)論73
• 7.2 展望73-75
• 參考文獻(xiàn)75-77
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果77-79
• 致謝79-80

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1 劉富星;高輝;;常用加解密算法及其時間分析[J];科技信息(科學(xué)教研);2008年01期

2 盧君明,舒妍,林爭輝;基于DSP的高速RSA加解密實(shí)現(xiàn)[J];計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件;2002年01期

3 朱明海;RC5加解密算法的C#實(shí)現(xiàn)[J];電腦編程技巧與維護(hù);2005年06期

4 魏軍;楊秀芝;;基于FPGA的IDEA加解密算法的研究和實(shí)現(xiàn)[J];有線電視技術(shù);2009年11期

5 楊鳳霞;;基于VB的數(shù)據(jù)加解密算法的實(shí)現(xiàn)[J];軟件導(dǎo)刊;2006年13期

6 石林 ,遲增曉;用VB實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的加解密算法[J];電腦知識與技術(shù);2003年31期

7 劉紅;;試論RSA技術(shù)的應(yīng)用[J];價(jià)值工程;2013年31期

8 朱明海;;對稱加解密算法RC6的C#實(shí)現(xiàn)[J];電腦編程技巧與維護(hù);2008年08期

9 朱明海;;C#的IDEA加解密算法[J];電腦編程技巧與維護(hù);2007年03期

10 張德學(xué);郭立;傅忠謙;;一種基于FPGA的AES加解密算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2007年12期

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1 張開;陸洪毅;張威;;RC4加解密算法的硬件實(shí)現(xiàn)[A];第七屆中國通信學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010年

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1 陳俊杰;基于FPGA的ECC加解密算法研究及設(shè)計(jì)[D];西安郵電大學(xué);2016年

2 胡振波;Feistel結(jié)構(gòu)加解密算法的高效硬件實(shí)現(xiàn)方案研究[D];上海交通大學(xué);2010年

3 李大江;基于FFTT的非對稱加解密算法的硬件設(shè)計(jì)[D];山東科技大學(xué);2011年

4 劉文兵;一種FFTT非對稱加解密算法的研究與實(shí)現(xiàn)[D];山東科技大學(xué);2011年

5 秦宗慶;基于FPGA的RFID數(shù)據(jù)加解密算法研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2014年

6 李顯龍;基于SD總線的FPGA加解密算法實(shí)現(xiàn)[D];華南理工大學(xué);2012年

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本文編號：797739