一种Montgomery模幂乘硬件流水线实现算法

文章提出了一种基于Montgomery算法的模幂乘硬件流水线实现算法,该算法的核心是把模N乘上一个系数,使倍增后的模之低若干位(二进制)全为1,然后用倍增后的模进行Montgomery算法模幂乘运算。采用该算法,可以设计出用于实现RSA的高频流水线运算部件。     

椭圆曲线密码算法的硬件设计与实现

本文重点介绍了椭圆曲线密码体制(ECC)的实施过程以及用到的相关算法和优化方案。文中利用大数模运算硬件实现中常用的蒙哥马利(Montgomery)算法和心缩(Systolic)算法实现了模乘运算,并在此基础上用Ver- ilog硬件描述语言实现了ECC最核心的点乘运算。     

Radix-8 Booth译码Montgomery模乘的RSA算法的设计和硬件实现

提出一种使用Radix-8 Booth译码的Montgomery模乘算法,进一步减少了模乘的中间乘积项个数,提高了模乘的速度.并给出基于该模乘算法的1024位RSA加密硬件的实现方案,其加密速度可达到采用普通Montgomery模乘的RSA加密方案的2倍.在设计方法上使用基于系统级算法的快速设计流程,在系统级设计阶段确定模乘和RSA整体算法的实现方案,并对其评估及优化,缩短了RTL阶段的设计时间,加快了设计思想到硬件实现的转化.实现方案在自行设计的FPGA开发板上通过验证,并进一步转换为ASIC设计综合.     

基于FPGA的Montgomery模乘器的高效实现*

为了提高椭圆曲线密码处理器的模乘速度,本文提出了一种更有效且更适合硬件实现的Montgomery算法。改进的算法分析了基于CSA加法器的Montgomery模乘算法,提出了多步CSA加法器的Montgomery算法,该算法能够在一个时钟内做多次CSA迭代运算,可以有效地降低时钟个数,进而提高模乘速度。通过Modelsim仿真工具仿真,正确完成一次256bits Montgomery模乘运算只需要16个时钟周期。在Altera EP3SL200F1517C2 FPGA中的运行结果表明：71.5MHz的时钟频率下,完成一次256位的模乘运算仅需要0.22微秒。     

一种改进的Montgomery大数模乘器

文中针对Montgomery模乘算法进行了分析和改进,采用了一种理想的适合于硬件实现的Montgomery算法。根据此算法提出了一种新的脉动阵列结构,有效降低了芯片的面积,提高了模乘的运算速度。基于CMOS的0.6um工艺下,模乘器VLSI实现共用9k个等效门,最高工作时钟频率可达100MHz,完成1024位Montgomery模乘约需4295个时钟周期。     

GF(2m)域Montgomery模乘器的高效设计及FPGA实现

为了进一步提高Montgomery模乘的效率,对通用Montgomery模乘算法进行改进,提出一种在单位时钟内能可变步长迭代计算模乘的方案。并结合硬件结构特点设计串并混合结构的模乘运算电路,通过modelsime 10.2a及Synplify Pro工具分别进行仿真验证和综合测试。在Xilinx Virtex2系列的xc2v3000 FPGA芯片中综合结果表明,当选取步长为13时,执行一次163位的模乘运算仅需43 ns,此时最高频率可达304 MHz;当选取步长为14时,完成一次233位模乘仅需要17个时钟周期,且取得速度与资源取的最佳折衷。     

有限域模乘专用指令设计

针对椭圆曲线密码算法中有限域模乘运算的需求,提出其专用模乘指令。利用指令域中的组参数实现算法多组模乘运算,通过对参数进行配置,使指令支持运算长度拓展,在模乘运算单元中实现Montgomery模乘算法,并设计素域和二进制域统一的硬件流水线,以及双域乘法器单元结构。实验结果表明,该有限域模乘指令和硬件运算单元具有较高的执行效率和较好的灵活性。     

Montgomery算法分析与应用改进

Montgomery算法作为一种快速模乘算法,常被应用于RSA、ElGamal等公钥密码算法的基本运算。文章对Montgomery算法进行了深入的剖析和系统的理论推导,实际分析比较了有代表性的两种实现方案并提出了一些应用改进。     

Montgomery算法及其快速实现

基于传统的Montgomery算法，提出了对其加速的3种方案。分别对求逆元、模乘以及大整数平方运算构造了相应的快速算法，大大降低了传统Montgomery算法的时间复杂度，从而提高了RSA算法的加解密速度。     

运算精简的蒙哥马利算法模乘器设计

针对Montgomery算法的可伸缩脉动阵列模乘协处理器的硬件实现中,速度和面积没有取得很好平衡的问题,结合Walter等学者对Montgomery算法的分析,利用EDA仿真分析工具,提出一种运算精简的蒙哥马利算法模乘器设计方法.该方法通过先分析已有Montgomery算法,得到运算精简蒙哥马利算法,然后将该算法映射到可伸缩脉动阵列结构,使模乘器在速度和面积上能够取得很好的平衡.最后进行仿真实验验证,结果证明该方法解决了模乘器速度和面积平衡的问题.通过该方法设计的模乘器,用TSMC 0.18μm标准单元库综合,核心运算单元最高时钟频率可达385MHz,等效单元1.2k等效门.与现有其他方法相比,该模乘器在平衡方面取得较好性能,可以拓展其在移动通信领域的应用.     

RSA高速模乘单元的设计

论文分析了Montgomery算法,利用迭代加法之间的并行性提出了一种流水并行工作的硬件模乘结构。该结构具有时钟频率高,模幂运算时间短的优点,适合于RSA的模幂运算,可以极大提高RSA加密运算的效率,同时其体系结构适合于高阶Montgomery算法的实现。FPGA实现的结果表明,512位的高速模乘单元工作频率74.27MHZ;1024位的高速模乘单元工作频率73.94MHZ。模乘单元的面积与位宽成正比,而工作频率基本不变。基于此结构,512位的RSA运算时间为1.78ms,1024位的RSA运算时间为7.08ms。     

基于余数系统蒙哥马利模乘器的RSA密码算法

当前RSA密码算法无法实现RSA加解密阶段大数模乘运算,因此提出基于余数系统蒙哥马利模乘器的RSA密码算法。依据余数系统模计算性能优势,构建二进制数值表示形式与运算法则表达式。采用Xilinx Virtex-Ⅱ平台与双模式乘法器,创建余数系统蒙哥马利模乘器硬件部分,通过四状态调度控制器控制模乘器。基于模乘器算术逻辑单元,完成算法中的乘法与乘累加运算。根据蒙哥马利模乘去除取模阶段的除法运算形式,运用模乘因子界定基转换算法,并采取一种近似方法将除法运算替换为移位操作,依据数据依赖关系对算法性能与芯片面进行折中处理,通过改变特殊基完成RSA密码算法构建。仿真结果表明,研究算法素数采集速率与加密速率高,算法执行时间短,加密效果更好。     

模重复平方算法的rho改进算法

利用循环二进制方法给出了适合大指数模乘运算的模重复平方算法的rho改进算法,以提高模幂乘法的计算速度。新算法的实质是一种指数约减算法,可以有效减少模重复平方算法中的模乘运算。通过实例计算表明,新算法可以极大地提高运算速度。     

基于高基阵列乘法器的高速模乘单元设计与实现

蒙哥马利模乘算法是最适合硬件实现的模乘算法,被应用在RSA密码和ECC密码的协处理器设计中.目前性能最高的是高基蒙哥马利模乘算法,分析了高基蒙哥马利算法的实现,提出了一种新的基于高基阵列乘法器的Montgomery模乘高速硬件实现结构,基于这种结构位长为n的比特模乘仅需要约n/w+6个时钟周期,该结构设计的电路只与最小单元有关,在硬件实现时可以大大提高频率,并提高设计的性能,可以设计高速的RSA和椭圆曲线密码大规模集成电路.     

一种适于硬件实现的快速模乘算法

RSA算法是目前应用最广泛的一种公钥加密算法,随着人们对加密安全性和加密速度要求的提高,硬件实现加密算法成了密码学应用的一个趋势。模乘算法是模幂算法的核心,基于Montgomery算法,结合Booth2算法的思想,文章给出了一种改进的高效算法,并且通过FPGA实现。对该算法和参考文献中算法的性能进行了比较,可以看出这一改进算法在速度和面积上优于现有的算法。     

一种新型的基于Montgomery的模幂器结构

大数模乘是许多公钥密码体制的核心运算，也是运算效率提高的瓶颈。基于Montgomery模乘算法，该文提出了一种改进的快速模乘及其模幂算法，由于采用了新的booth编码，算法的循环次数减少近一半，因此性能提高近一倍。模幂器采用新型的保留进位加法器(CSA)树，此结构无须对每次模乘的结果求和。实验表明，在97MHz时钟频率下，1 024-bit模幂器的波特率为184Kb/s，适合于设计高速的公钥密码协处理器。     

Montgomery算法在ARM上的快速实现

Montgomery算法作为一种快速大数模乘算法,常被应用于RSA、ElGamal等公钥密码算法的基本运算。但是很少有文章对其进行具体理论分析。本文对Montgomery算法进行了深入的剖析,系统地进行了理论推导,并提出了针对ARM7芯片的优化实现方案。采用该方案可以使RSA算法的运行速度有很大提升。