基于ESL與SM2算法的軟硬件協(xié)同設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著電子商務(wù)、移動支付、智能終端等相關(guān)產(chǎn)品與服務(wù)越來越多，人們的生活在得到改善的同時，也存在許多安全隱患，例如非法入侵、竊聽、網(wǎng)絡(luò)詐騙等，嚴(yán)重威脅到用戶的隱私，因此，符合要求的加密算法的提出與發(fā)展越來越迫切。目前，基于RSA算法與橢圓曲線算法(Elliptic Curve Algorithm，ECC)的嵌入式加密芯片已經(jīng)得到深入研究與廣泛應(yīng)用，特別對于橢圓曲線公鑰算法，由于具有密鑰短、計算速度快、安全度高等優(yōu)點(diǎn)，已漸漸取代 RSA算法。

2、SM2（ShangMi2）算法是由我國自主研發(fā)的基于ECC算法改進(jìn)的一種算法，由于是國產(chǎn)算法，其安全性更高。目前已有大量加密芯片廠商提供基于SM2算法的嵌入式加密芯片，在加解密應(yīng)用、數(shù)字簽名與驗證、密鑰交換等方面應(yīng)用廣泛。由于SM2算法復(fù)雜度高、執(zhí)行周期長，以及密碼類嵌入式系統(tǒng)對性能開銷要求嚴(yán)格，使得基于該算法的SoC（System on Chip，SoC）系統(tǒng)需要在設(shè)計初期對算法模塊進(jìn)行軟硬件劃分，根據(jù)不同需求選擇合適的架構(gòu)以平衡性能

3、和資源。
　　本文針對現(xiàn)有的橢圓曲線算法系統(tǒng)級設(shè)計中開發(fā)周期長、以及不同模塊的性能開銷指標(biāo)不明確等問題，提出一種基于電子系統(tǒng)級設(shè)計的軟硬件協(xié)同設(shè)計方法。該方法通過分析SM2算法原理與實現(xiàn)方式，研究了不同的軟硬件劃分方案，并采用統(tǒng)一建模語言SystemC對硬件模塊進(jìn)行周期精確級建模。通過模塊級與系統(tǒng)級兩層驗證比較軟硬件模塊執(zhí)行周期數(shù)，得出最佳性能劃分方式。最后結(jié)合算法控制流程圖（Control Flow Graph，CFG）與數(shù)據(jù)流

4、程圖（Data Flow Graph，DFG）將ESL(Electronic System Level)模型轉(zhuǎn)化為寄存器傳輸級模型進(jìn)行邏輯綜合與比較，得出在180nm CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductors）工藝，50MHz頻率下，當(dāng)算法性能達(dá)到最佳時，點(diǎn)乘模塊執(zhí)行時間為20ms，門數(shù)83000，功耗約2.23mw。實驗結(jié)果表明所提系統(tǒng)級架構(gòu)分析對基于橢圓曲線類加密芯片在性能、面積與功