本文關(guān)鍵詞：一種混合型的多變量數(shù)字簽名系統(tǒng)的低資源FPGA設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：公鑰密碼學(xué)一直都是安全通信中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù),非對(duì)稱加密技術(shù)最常見的應(yīng)用是密鑰協(xié)商,用于建立安全信道,以及數(shù)字簽名,用于提供信息的來源與不可否認(rèn)性。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的快速發(fā)展,智能卡、RFID等移動(dòng)設(shè)備也早已被人們所熟知,而我們也已經(jīng)步入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。使用移動(dòng)設(shè)備購物支付或者進(jìn)行金融活動(dòng)等場景已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。然而這些移動(dòng)設(shè)備多大數(shù)計(jì)算能力弱,存儲(chǔ)空間有限,這就使得在這些設(shè)備上使用傳統(tǒng)的RSA硬件來保證安全性顯得很困難。而MPKC相比較而言計(jì)算量小,在這些低端設(shè)備上有著更大的優(yōu)勢。再者,隨著量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn),使用多項(xiàng)式算法時(shí)間求解RSA與ECC所依賴的數(shù)學(xué)難題已經(jīng)成為可能。于是,所有使用這兩種傳統(tǒng)算法的機(jī)制都存在潛在的不安全性。而雖然MPKC仍處于研究階段,但是目前還沒有任何的成果表明能在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)求解MPKC所依賴的MQ難題。MPKC發(fā)展至今已有二十余年,其下的各種加密方案還不是很完善,但是其簽名方案是安全而有效的。最近,一種名為RGB的混合型多變量數(shù)字簽名方案被提出。該方案是UOV的一種變體,在選擇適當(dāng)?shù)陌踩珔?shù)下,可以抵御目前已有的針對(duì)MPKC密碼方案的攻擊方法。本文意在以28為基底的有限域上,以低功耗和低資源開銷作為目標(biāo),使用FPGA技術(shù),用硬件方式實(shí)現(xiàn)RGB多變量公鑰數(shù)字簽名方案。本文首先對(duì)RGB簽名方案做了多平臺(tái)軟件設(shè)計(jì),并對(duì)GF(28)有限域的運(yùn)算器進(jìn)行設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn),然后基于微處理器的方式將該方案進(jìn)行實(shí)現(xiàn),最后進(jìn)行功能測試和功耗面積測算,以及實(shí)際驗(yàn)證,最終得到一套低資源低功耗的RGB簽名系統(tǒng)的密碼芯片設(shè)計(jì)方案。
【關(guān)鍵詞】：MPKC RGB簽名方案 低資源 低功耗 FPGA
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN918.91;TN791
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 研究內(nèi)容和主要成果12-13
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)13-14
• 第二章 多變量公鑰密碼體制基礎(chǔ)知識(shí)14-28
• 2.1 公鑰密碼體制簡介14
• 2.2 多變量公鑰密碼體制（MPKC）簡介14-15
• 2.3 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)15-17
• 2.3.1 域和有限域的基本概念15-16
• 2.3.2 有限域上的多項(xiàng)式方程組16-17
• 2.3.3 MPKC依賴的困難問題17
• 2.4 多變量公鑰密碼體制的分類17-21
• 2.4.1 雙極型系統(tǒng)18-19
• 2.4.2 混合型系統(tǒng)19-21
• 2.5 典型的多變量公鑰密碼方案分類21-26
• 2.5.1 MI方案21-23
• 2.5.2 HFE方案23
• 2.5.3 油醋簽名方案23-25
• 2.5.4 三角體制25-26
• 2.6 常見MPKC攻擊方法26-27
• 2.6.1 直接攻擊26
• 2.6.2 線性化方程攻擊26
• 2.6.3 秩攻擊26-27
• 2.6.4 差分攻擊27
• 2.6.5 Kipnis-Shamir攻擊27
• 2.7 本章小結(jié)27-28
• 第三章 RGB多變量數(shù)字簽名方案28-40
• 3.1 算法描述28-31
• 3.1.1 三色映射28-30
• 3.1.2 RGB簽名方案完整描述30-31
• 3.2 仿射變換與高斯消元法31-33
• 3.2.1 仿射變換31-32
• 3.2.2 高斯消元法32-33
• 3.3 RGB和UOV的區(qū)別33-34
• 3.4 RGB簽名方案的安全性分析34-36
• 3.5 RGB簽名方案參數(shù)選擇和運(yùn)行代價(jià)36-38
• 3.6 與其他多變量簽名方案的對(duì)比38-39
• 3.7 本章小結(jié)39-40
• 第四章 RGB軟件設(shè)計(jì)與有限域運(yùn)算器設(shè)計(jì)40-50
• 4.1 RGB軟件模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)40-42
• 4.1.1 有限域模塊40
• 4.1.2 矩陣模塊40
• 4.1.3 高斯消元模塊40-41
• 4.1.4 密鑰對(duì)生成模塊41
• 4.1.5 簽名及驗(yàn)證模塊41-42
• 4.1.6 軟件實(shí)現(xiàn)結(jié)果42
• 4.2 GF(2~8)有限域的運(yùn)算器設(shè)計(jì)42-49
• 4.2.1 有限域的基43
• 4.2.2 GF(2~8)有限域乘法器43-46
• 4.2.3 GF(2~8)有限域求逆器46-48
• 4.2.4 隨機(jī)數(shù)生成器48-49
• 4.3 資源評(píng)估49
• 4.4 本章小結(jié)49-50
• 第五章 RGB簽名方案的微處理器設(shè)計(jì)50-65
• 5.1 微處理器概述50-52
• 5.1.1 通用微處理器和專用微處理器50
• 5.1.2 微處理器技術(shù)50-52
• 5.2 RGB簽名方案指令集52-57
• 5.2.1 指令系統(tǒng)52-53
• 5.2.2 RGB指令集53-54
• 5.2.3 尋址方式與指令格式54-57
• 5.3 指令譯碼57-58
• 5.3.1 RGB指令集譯碼表57-58
• 5.3.2 程序轉(zhuǎn)譯58
• 5.4 RGB微處理器設(shè)計(jì)58-64
• 5.4.1 讀取指令模塊59-60
• 5.4.2 翻譯指令模塊60-61
• 5.4.3 控制使能模塊61-62
• 5.4.4 執(zhí)行操作模塊62-63
• 5.4.5 讀寫數(shù)據(jù)模塊63-64
• 5.5 實(shí)現(xiàn)結(jié)果64
• 5.6 本章小結(jié)64-65
• 第六章 實(shí)驗(yàn)環(huán)境與結(jié)果分析65-70
• 6.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境65-67
• 6.1.1 RGB方案軟件設(shè)計(jì)環(huán)境65-66
• 6.1.2 RGB方案硬件設(shè)計(jì)環(huán)境66-67
• 6.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果67-68
• 6.3 與其他MPKC硬件設(shè)計(jì)的對(duì)比68-69
• 6.4 與其他低資源設(shè)備的運(yùn)行效率對(duì)比69
• 6.5 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果76-77
• 致謝77-78
• 答辯委員會(huì)對(duì)論文的評(píng)定意見78

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