大数模幂算法的分析与研究

大数模幂在密码学领域有广泛的应用，它是公钥密码的基础。文章对目前比较典型的各种大数模幂算法的设计思想进行了深入剖析，从基本设计原理和实现角度对这些模幂算法进行了整理和分类，归纳给出了各种算法的优缺点、实现方法和使用环境。     

快速大数模乘算法及其应用

大数模幂乘是 RSA、El Gamal、DSA等公钥密码算法和数字签名算法的基本运算 ,而大数模乘运算是快速实现模幂乘的关键 .本文在分析比较现有快速模乘算法的基础上 ,提出了一个基于滑动窗口的快速模乘算法 .由分析可知 ,当模 N的长度为 5 12位时 ,本算法平均只需做 5 0 7次 n- bit加法便可实现 A× B mod N运算 .该算法便于软件与硬件实现     

模幂与点乘m_ary算法中窗口大小的最优化估计*

提出一种新大数模幂与点乘m_ary算法中窗口大小的最优化估计方法。该方法不同于传统的暴力搜寻方法,也不同于在窗口的取值范围内通过逐一测试程序来获得最优窗口大小的方法。其基于以下理论分析：模幂 m_ary算法的基本运算为大数乘法,其中包括大数平方算法和一般大数乘法;椭圆曲线加密算法中点乘的m_ary算法步骤与模幂的m_ary算法相同,后者的基本运算为倍乘和加法。根据m_ary算法的基本运算的调用次数,推算出了最优窗口大小的估计公式。通过实验对m_ary算法进行实现,并测试分析了根据估计公式计算出窗口大小的算     

模幂与点乘m_ary算法中窗口大小的最优化估计

提出一种新大数模幂与点乘m_ary算法中窗口大小的最优化估计方法.该方法不同于传统的暴力搜寻方法,也不同于在窗口的取值范围内通过逐一测试程序来获得最优窗口大小的方法.其基于以下理论分析:模幂 m_ary算法的基本运算为大数乘法,其中包括大数平方算法和一般大数乘法;椭圆曲线加密算法中点乘的m_ary算法步骤与模幂的m_ary算法相同,后者的基本运算为倍乘和加法.根据m_ary算法的基本运算的调用次数,推算出了最优窗口大小的估计公式.通过实验对m_ary算法进行实现,并测试分析了根据估计公式计算出窗口大小的算法实现时间效率与理论分析基本吻合.     

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。     

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。     

大数模幂乘动态匹配快速算法及其应用

针对 RSA、Elgamal、DSA等算法在进行数据加密或数字签名时都要进行复杂的大数模幂乘运算 ,本文分析了目前常用的几种大数模幂乘算法 ,并在此基础上提出了一种动态匹配快速算法 .实验表明 ,将该算法用于实现 RSA算法 ,其实现速度较其他算法有明显提高 .     

一种高性能大数模运算单元及其应用

为了加速公钥密码系统的实现速度,设计支持大教模乘和模加减运算的模运算单元是关键.目前的方法多关注于这两种运算的分别实现,为了改善这种方式导致的硬件单元吞吐量低的问题,提出了一种流水线结构的高性能大数模运算单元.基于改进的Montgomery模乘算法,采用流水线技术,把模乘电路分成3个流水线阶段,并把模加减电路结合到第3阶段,得到一种能同时计算模乘和模加减的模运算单元.仿真结果显示,模运算单元以较少的资源占用率获得了较高的吞吐量,非常适合做高性能的公钥密码系统的基本硬件运算单元.     

基于Montgomery的RSA高速低成本实现

给出一种支持多种位数RSA算法加密芯片的完整设计方案。采用改进的Montgomery模乘算法和LR模幂算法,根据大数运算的特点和降低资源消耗的需要改进主要运算电路的结构,并采用全定制IC的设计流程进行实现。实验结果表明,该方案结构简单,节省了面积,且能达到较高的性能。     

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。     

基于余数系统抗MESD攻击的RSA算法

RSA密码算法是SoC智能芯片最广泛应用的公钥密码算法之一,然而具有实现简单、攻击成功率高等优点的能量分析攻击对其具有较大的安全威胁。MESD攻击是针对RSA密码算法最有效的差分能量分析攻击手段之一。为加强RSA算法抵抗MESD差分能量分析攻击的能力,提出一种基于余数系统和蒙哥马利模乘算法的抗MESD差分能量分析攻击算法。采用余数系统把大数运算转变成小数运算,运用蒙哥马利模乘算法实现模除运算替换。由仿真实验和分析可知:该算法可以抵抗MESD差分能量分析攻击,具有非常好的理论研究意义与实际应用意义。     

一种通用GF(2~m)模乘加速器的快速实现

在椭圆曲线密码体制(ECC)中,有限域GF(2m)上模乘运算是最基本的运算,加速模乘运算是提高ECC算法性能的关键。针对不同不可约多项式广泛应用的现状,提出了一种通用GF(2m)模乘加速器设计方案。该加速器通过指令调度的方式,能快捷地完成有限域上模乘运算。实现结果表明,该设计完全适用于智能卡等应用要求。     

基于进位预估快速模乘方法

研究基于进位预估的大整数模乘运算快速实现方法并应用于FastMM模乘算法的加速。与原算法相比,采用交叉乘和进位预估加速结合方式,理论上最多可以节省33％的字乘操作;在实际应用中,192位椭圆曲线公钥密码系统速度性能与改进前相比提高15％～18％。进位预估方法还可以应用与其它需要截断中间乘积的场合,可以高效实现流行的公钥密码系统。     

快速傅里叶变换乘法的性能研究

大数相乘是密码学的一种关键运算,其性能影响许多密码算法,如RSA、ElGamal等公钥密码运算的性能。对常见的大数乘法算法进行了实验、分析和比较,特别针对快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）算法,分析了其在大数乘法中的应用,并与其他常见大数算法的效率进行了比较,归纳了快速傅里叶变换的优势范围与劣势范围。同时,由于快速傅里叶变换计算过程中有误差,当数据位足够多时,可能导致计算结果不正确,因此进一步分析了傅里叶快速变换计算正确的数据位上限,这些工作对于快速乘法算法的正确选择有重要的实际意义。     

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。     

素数域椭圆曲线密码系统算法实现研究

针对素数域椭圆曲线密码系统的算法高速实现，分别讨论了对椭圆曲线上的点的加法和倍点运算。以及对点的标量乘法运算进行优化的技术，同时给出了测试比较结果，说明了所讨论的优化技术可以大大提高整个椭圆曲线密码系统的算法实现性能。     

A Synthesis of Multi-Precision Multiplication and Squaring Techniques for 8-Bit Sensor Nodes: State-of-the-Art Research and Future Challenges

Multi-precision multiplication and squaring are the performance-critical operations for the implementation of public-key cryptography, such as exponentiation in RSA, and scalar multiplication in elliptic curve cryptography (ECC). In this paper, we provide a survey on the multi-precision multiplication and squaring techniques, and make special focus on the comparison of their performance and memory footprint on sensor nodes using 8-bit processors. Different from the previous work, our advantages are in at least three aspects. Firstly, this survey includes the existing techniques for multiprecision multiplication and squaring on sensor nodes over prime fields. Secondly, we analyze and evaluate each method in a systematic and objective way. Thirdly, this survey also provides suggestions for selecting appropriate multiplication and squaring techniques for concrete implementation of public-key cryptography. At the end of this survey, we propose the research challenges on efficient implementation of the multiplication and the squaring operations based on our observation.     

有限域GF(2m)上椭圆曲线密码体制的快速实现

椭圆曲线密码体制的快速实现是当前公钥密码体制研究的热点之一。椭圆曲线上点的标量乘和加法运算是椭圆曲线密码算法的核心运算。为了提高运算速度，利用射影坐标思想，改进椭圆曲线上求两点和运算公式，对标量乘算法进行优化。讨论了椭圆曲线密码体制的优势及研究其快速实现的意义。