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。     

抗能量分析攻击的门限窗口NAF标量乘算法

为在资源受限的安全芯片中兼顾标量乘运算的安全性与效率,设计一种抗能量分析攻击的椭圆曲线密码标量乘算法。采用带门限的非相邻形式编码方法对标量进行编码,以提高标量乘运算的效率。在此基础上,结合预计算和基点掩码技术,使算法可以抵抗多种能量分析攻击。分析结果表明,该算法不仅能够抵抗简单能量分析攻击、差分能量分析攻击、零值点能量分析攻击和修正能量分析攻击,而且可以提升预计算效率,减少存储空间。     

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.     

RSA公钥密码算法差分计时攻击研究

RSA密码算法执行过程中的模幂运算时间是不固定的,精确测量解密过程中泄露出的时间差异信息即可推断出相关密钥。为此,研究RSA公钥密码算法的实现和计时攻击原理,分析RSA解密运算过程,找出RSA在计时攻击中存在的安全缺陷。在简单计时攻击的基础上,提出基于从左到右“平方-乘法”模幂运算的RSA差分计时攻击算法,并介绍相应的防御措施。     

集成模乘求逆双重运算的抗击RSA协处理器

提出了一种集成模乘求逆双重运算的抗攻击RSA协处理器设计.在设计中引入了指数重编码和双位扫描的方法以提高模幂运算的速度,并采用数据屏蔽和随机重编码的方案来防御功耗分析攻击.基于字串行架构实现了模乘和求逆运算,并提出了相应的可伸缩蒙哥马利模乘算法,使基本运算具有数据通路小、可伸缩性强的特点.在VLSI设计上实现了模乘和求逆运算的硬件复用,大幅度地降低了成本.FPGA验证表明协处理器能够正确地完成所有预定的功能.TSMC0.25um工艺综合结果显示,协处理器的工作频率可达170MHZ,总的规模(包括核心电路与存储单元)约为26K等效门.因此本文RSA协处理器体现了多功能、可伸缩、抗攻击和低成本的综合优势.     

一种新的余数系统下快速计算素域椭圆曲线点乘的方法

椭圆曲线密码运算主要是椭圆曲线点乘,后者由一系列的模乘构成。利用余数系统下的蒙哥马利模乘算法,素域中对阶取模余的模乘可以转化为对余数系统基底取模余。提出一种新的余数系统下的方法以加速计算椭圆曲线点乘。（1）与传统上取两个几乎对称的余数系统不同,该方法取了两个非对称的余数系统。其中,余数系统Γ包括两个模数{2L, 2 L-1}; 余数系统Ω包括八个模数,它们都具有如2L－2Ki+1的形式。这种选择使其模算术变得简单。（2）在上述非对称的余数系统中,大部分原来需要对椭圆曲线域特征值取模的模乘运算可以在余数系统中直接用乘法代替。此外,计算椭圆曲线点乘时用到了仅计算x坐标的蒙哥马利梯子。在每次并行的倍点和点加结束时,需要四次余数系统下的蒙哥马利模乘,以压缩中间结果的值域。因此,计算一个N位的椭圆曲线点乘,需要的时间约为55.5N·I, 其中,I是一个L/2位的乘法、一次保留进位加法、一个L/2位的加法的总延时。     

ECC抗功率分析攻击的等功耗编码算法

可以抵抗功率分析攻击的椭圆曲线密码算法往往效率较低。针对该问题,将等功耗编码的思想应用到椭圆曲线密码标量乘法运算过程中,通过消除标量乘运算中的功耗差异,掩盖相关密钥信息,达到抵抗功率分析攻击的目的。理论分析结果表明,与二元法抗功耗攻击算法和NAF窗口法抗功耗攻击算法相比,改进算法的执行效率较高。     

蒙哥马利算法在RSA中的应用研究

蒙哥马利算法是一种快速的模乘算法,广泛应用于公钥密码体制中,例如RSA、Elgamal算法的基本运算。对RSA的数学理论基础及加解密的过程进行阐述,对蒙哥马利算法进行深入的研究,详细叙述其理论基础和算法原理,对其在RSA的应用进行理论推导,并提出改进的方向。     

并行窗口算法在防御RSA计时攻击中的研究

模幂运算是RSA公钥密码算法中最基本也是最耗时的运算。为了防御计时攻击,一般采用以“绑定法”为代表,影响运算性能的模幂算法。文章指出并行窗口算法在不牺牲性能的条件下,对于RSA计时攻击有内在的免疫能力,并在特定条件下可以有效提高RSA密码算法的运算速度,具有推广的价值。     

RSA公钥密码计时攻击研究及仿真

密码设备在执行加解密运算时泄露的时间信息能够被攻击者捕获,进而推算出密钥,破解密码系统。该文研究了RSA公钥密码算法和计时攻击的原理,分析了RSA加解密的模幂运算过程,阐述了基于模幂运算的RSA计时攻击原理,同时进行了仿真实现。仿真结果证明了RSA密码算法在计时攻击中存在安全缺陷,也说明了计时攻击与其他传统攻击相比更能准确快速地获得密钥。针对RSA公钥密码算法在计时攻击中存在的缺陷以及面临的安全威胁,讨论了抵御计时攻击的措施。     

一种安全高效的椭圆曲线密码抗功耗攻击算法

功耗攻击由于实现简单、攻击效率高已成为当前密码芯片最具威胁的攻击手段之一.为有效解决安全和效率两方面的矛盾,通过将椭圆曲线密码标量进行带符号阶乘展开式编码,并利用折半运算提高标量乘法运算效率,然后结合基点掩码实现抵抗功耗攻击,从而给出一种安全高效的抗功耗攻击椭圆曲线密码算法.算法的安全性及效率分析结果表明,所给抗功耗攻击算法不仅可以抵抗各种功耗攻击,并且与传统抗功耗攻击算法相比,新算法的运算效率提高了24.85％～ 25.73％,在各类资源受限的应用系统中具有较好的应用价值.     

一种高性能R-LWE格加密算法的电路结构及其FPGA实现

随着量子计算机的发展,传统的公钥加密方案,如RSA加密和椭圆曲线加密算法(Elliptic curve cryptography,ECC）受到了严重威胁。为了对抗量子攻击,基于格的密码学引起了关注,其中环错误学习（Ring-learning with error,R-LWE）格加密算法具有电路实现简单、抗量子攻击等优点,在硬件加密领域具有极大的应用潜力。本文从硬件应用的角度,提出并实现了一种R-LWE加密方案中多项式乘法的并行电路结构,采用了数论转换（Number theoretic transforms, NTT）方法,并使用了两个并行的蝶形运算单元。结果表明在增加较少硬件资源的情况下,本文设计的算法提升了42%的运算速度。     

基于资源复用的RSA加速器层次化架构

为了解决RSA在模频繁变化情况下性能不足的问题,在已有蒙哥马利模乘器的基础上采用层次化架构设计复用硬件资源,实现了基于改进扩展欧几里德算法的偶数模逆器和[R2modM]运算器。实验结果显示,在14%的额外硬件资源开销下RSA加速器性能在模频繁变化应用下比原来提高2倍。其中,模逆器性能较其他设计提高了3倍,[R2modM]运算器性能比复用模幂电路的实现方法提高了一个数量级。     

四素数RSA数字签名算法的研究与实现

RSA算法中模数和运算效率之间一直存在矛盾,目前一些认证机构已采用模数为2048bit的RSA签名方法,这必然会影响签名效率。针对这一问题,提出四素数CRT-RSA签名算法,并使用安全杂凑函数SHA512来生成消息摘要,采用中国剩余定理结合Montgomery模乘来优化大数的模幂运算。通过安全性分析和仿真实验表明,该签名算法能抵抗一些常见攻击,并且在签名效率方面具有一定优势。     

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。     

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.     

一种椭圆曲线密码算法ECC旁路攻击方法研究

针对椭圆曲线密码算法ECC的旁路安全性进行研究,分析了ECC算法的旁路攻击脆弱点。对点乘和点加进行了研究,在此基础上,研究ECC密码算法差分功耗攻击过程,给出了未加防护和加入一位固定值掩码的ECC算法差分功耗攻击方法;并进行了相应的攻击实验,对两种旁路攻击实验结果进行了比较分析,表明未加防护的ECC算法不能防御旁路攻击。同时实验结果显示,相对于对称密码算法,ECC密码算法攻击的难度较大。