椭圆曲线加密算法的rtl建模与验证

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1、硕士学位论文椭圆曲线加密算法的RTL建模与验证RTLModelingandVerificationforEllipticCurveCryptographyalgorithm黄江哈尔滨工业大学2011年12月国内图书分类号：TN918.4学校代码：10213 国际图书分类号：654密级：公开工程硕士学位论文椭圆曲线加密算法的RTL建模与验证硕士研究生：黄江导师：王进祥教授申请学位：工程硕士工程领域：集成电路工程所在单位：英伟达半导体（深圳）有限公司答辩日期：2011年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN918.4U.D.C:65

2、4DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRTLModelingandVerificationforEllipticCurve CryptographyalgorithmCandidate：HuangJiangSupervisor：Prof.WangJinxiang AcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineering EngineeringField：IntegratedCircuitEngineering Affiliation：NVIDIA(ShenZhen)

3、DateofDefence：December,2011Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要椭圆曲线加解密体制（EllipticCurveCryptography，ECC）是目前信息安全领域中研究最广泛、应用最活跃的密码系统之一。因其具有安全性高、密钥长度短和加解密速度快等诸多优点，受到越来越多的关注。本文以椭圆曲线密码体制的寄存器传输级(RegisterTransferLevel,RTL)硬件实现为目标，首先用软件对椭圆曲线加解密方案快速的建立完整的

4、模型。该软件模型即作为RTL级硬件实现的黄金模型（GoldenModel），又可作为后期RTL级建模的验证标准。在RTL建模和实现过程中，重点介绍了素数域中椭圆曲线密码算法的实现方法和一些改进，利用verilog语言完成基于该算法的RTL级硬件结构的加密、解密等基本功能和RTL级各层次功能模块的验证。最后通过硬件功能验证和软件功能验证相互对比和印证确保RTL级的硬件实现是高效可靠的。在整个软件、硬件实现过程中，作者做了以下工作：论文工作初期，作者利用开源软件库Libtommath提供的各种加解密运算底层函数实现软件加密和解密，包括点加、点倍、点乘、密钥协商、消

5、息加解密等一系列操作。实现了无位宽限定，每次加密所用椭圆曲线随机选取，每次加解密的密钥随机产生，密钥长度可配置等完整功能的软件模型。软件模型建立后，为了将软件模型转化为通过verilog语言的硬件实现，作者重点分析了点加、点乘、模加、模减、模乘、模逆等各个功能模块的RTL硬件实现的算法。在对比各种椭圆曲线密码体制标准的基础上，选择硬件实现开销比较小、加解密速度快但又不影响加解密安全性的NIST192-bit加解密标准作为素数域上椭圆曲线加解密实现的载体。完成了该参数下RTL级的加密、解密功能。最后，作者针对对每个基本算法模块分别进行RTL级验证，对顶层功能模块

6、的结果与软件实现进行对比验证。确保硬件实现的正确性。关键词：椭圆曲线密码体制,RTL建模,素数域,点乘-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractEncryptionandDecryptionbyEllipticCurveCryptography(ECC)isoneofthemostpopularandbroadcryptographyininformationsecuritysystem.Becauseofitshighsecurity,shortsecretkeyandfastencryption,wepaymoreattentionsonECC.

7、ThispaperdealwithhowtobuildECCencryptionanddecryptionfunctioninRegisterTransferLevel(RTL)byVeriloglanguage.AtfirstauthorcreatedafullfunctionmodelofECCbysoftwareClanguage.ThissoftwaremodelisnotonlyasagoldenmodelforRTLHDLlanguage,butalsocanvalidatetheRTLmodelresult.Arealizationandseve

8、ralimprovementsofEC