基于橢圓曲線的數(shù)字簽名方案關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、數(shù)字簽名是信息時代最重要的技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)電子貿(mào)易、電子貨幣、電子購物、電子出版及知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)等系統(tǒng)安全的重要保證。橢圓曲線密碼體制(ECC)是目前每比特密鑰安全強(qiáng)度最高的一種公鑰密碼體制。在相同安全強(qiáng)度條件下，橢圓曲線密碼體制具有較短的密鑰長度，較少的計(jì)算量、存儲量和較小的帶寬等諸多優(yōu)點(diǎn)。
　　在數(shù)字簽名等基于橢圓曲線密碼體制的應(yīng)用中，點(diǎn)乘操作耗費(fèi)了算法最多的執(zhí)行時間。為了使橢圓曲線密碼體制得到更好的應(yīng)用，提高橢圓曲線上點(diǎn)乘的運(yùn)

2、算速度就變得非常重要。因此，點(diǎn)乘的快速算法與實(shí)現(xiàn)成為了當(dāng)前橢圓曲線密碼體制研究中的熱點(diǎn)。
　　本文介紹了國內(nèi)外關(guān)于特征值為2的有限域GF(2m)上橢圓曲線點(diǎn)乘算法方面的相關(guān)研究，并在以下方面做了一定的工作：
　　論文首先介紹了ECC的基本數(shù)學(xué)原理，同時描述了它的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。接下來針對ECC中涉及的各個運(yùn)算模塊，對硬件設(shè)計(jì)中所用到的一些特殊算法給出相應(yīng)的說明，其中包括二進(jìn)制域上的基本數(shù)學(xué)運(yùn)算算法和橢圓曲線上的

3、點(diǎn)乘算法。
　　在此基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種基于GF(2163)的ECC點(diǎn)乘模塊的硬件實(shí)現(xiàn)方案。在實(shí)現(xiàn)過程中，按照層次化、模塊化的思想，對每個層次和模塊都進(jìn)行仿真驗(yàn)證，在確保每個模塊的設(shè)計(jì)都正確后，再進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，并完成總體仿真。之后用DC做了ASIC流程的邏輯綜合，用ISE做了FPGA設(shè)計(jì)的綜合和布局布線，并根據(jù)得到的各性能指標(biāo)的報告，對設(shè)計(jì)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。
　　本文提出的方案有兩個特點(diǎn)：一是實(shí)現(xiàn)了一種新的單時鐘周期、

4、高時鐘頻率的位并行模乘法器，該乘法器采用Xilinx公司的FPGA芯片XC5VLX330T實(shí)現(xiàn)時，能以122MHz的頻率在1個時鐘周期內(nèi)完成GF(2163)的乘法運(yùn)算，面積大約為4033個slice；另一項(xiàng)是對完成點(diǎn)加和倍點(diǎn)的組合算法進(jìn)行了優(yōu)化，并采用了預(yù)選擇技術(shù)安排數(shù)據(jù)流水，實(shí)現(xiàn)了迭代期間乘法器滿負(fù)荷運(yùn)行，使得每次迭代所需要的時鐘周期數(shù)由通常的超過10個減少到了本文方案中的6個，從而完成一次點(diǎn)乘運(yùn)算，只需要1027個時鐘周期。