基于SM2的數(shù)字簽名系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的發(fā)展，信息安全越來(lái)越受到人們的重視。橢圓曲線密碼體制(EllipticCurve Cryptography，ECC)能夠在相同密鑰長(zhǎng)度情況下提供更高的安全性。2010年12月17日國(guó)家密碼安全局發(fā)布了國(guó)產(chǎn)ECC算法標(biāo)準(zhǔn)一《SM2橢圓曲線公鑰密碼算法》，用來(lái)對(duì)現(xiàn)有的RSA(RivestShamir Adleman)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造。數(shù)字簽名技術(shù)是ECC算法的一個(gè)重要應(yīng)用，它在現(xiàn)代電子商務(wù)和政務(wù)中扮演著身份重要角色。本

2、文研究了基于SM2的數(shù)字簽名系統(tǒng)，完成了該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)。
　　本文設(shè)計(jì)的基于SM2的數(shù)字簽名系統(tǒng)，選取了NIST推薦的K-233安全曲線，在二元域下實(shí)現(xiàn)了國(guó)密SM2數(shù)字簽名算法。本文首先介紹了橢圓曲線算法相關(guān)的理論基礎(chǔ)、簽名所需的密碼雜湊理論等技術(shù)基礎(chǔ);其次根據(jù)技術(shù)基礎(chǔ)給出了SM2數(shù)字簽名系統(tǒng)的算法架構(gòu)，并對(duì)系統(tǒng)中各層的主要算法進(jìn)行分析和優(yōu)化;然后根據(jù)算法架構(gòu)設(shè)計(jì)了SM2數(shù)字簽名系統(tǒng)硬件架構(gòu)并進(jìn)行了模塊劃分，進(jìn)而根據(jù)優(yōu)化的算

3、法對(duì)各模塊進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)。其中簽名系統(tǒng)的核心運(yùn)算點(diǎn)乘運(yùn)算采用了標(biāo)準(zhǔn)投影坐標(biāo)系下的蒙哥馬利算法，以主從狀態(tài)機(jī)的方式控制有限域運(yùn)算單元加以實(shí)現(xiàn)。并對(duì)該算法以預(yù)計(jì)算的方式采用3個(gè)模乘法器與1個(gè)模逆運(yùn)算單元并行工作的方式加以優(yōu)化，使得在密鑰寬度為233比特的情況下，點(diǎn)乘運(yùn)算速度提高了約21％。有限域模乘運(yùn)算單元采取全并行與字級(jí)乘法器兩種方式實(shí)現(xiàn)以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。全并行模乘法器會(huì)占用更多的資源，但整個(gè)數(shù)字簽名系統(tǒng)在速度上會(huì)取得最優(yōu)，可達(dá)到等同1

4、00MHz的頻率下35880次每秒的簽名速度，適合服務(wù)器等資源豐富的場(chǎng)合。字級(jí)乘法器在面積和速度上進(jìn)行折中，并降低了一定的功耗，通過(guò)控制字長(zhǎng)w來(lái)平衡面積和速度，本設(shè)計(jì)中采取w=60，最終使得整個(gè)數(shù)字簽名系統(tǒng)在等同100MHz的頻率下達(dá)到18341次每秒的簽名速度，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并且電路面積較全并行模乘法器減少了約17％。
　　本設(shè)計(jì)采用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且搭建UVM進(jìn)行驗(yàn)證。最后，通過(guò)了Desi