ecc标量乘法vlsi实现以与功耗的分析攻击技术研究 (1)

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1、摘要摘要自从1985年Miller和Koblitz分别提出椭圆曲线密码体制后，ECC密码体制得到了国内外学者的广泛关注。与RSA相比，ECC密码体制有很多优越性，比如，更高的单比特安全强度，更小的硬件资源耗费等。因此ECC也被认为是未来替代RSA的加密体制。功耗分析攻击技术是最常用的旁信道攻击技术之一，由于其便于实现并且攻击效果比较好，功耗分析攻击技术近几年得到了飞速发展。功耗分析攻击的基本原理是通过采集并分析加密设备工作过程中产生的功耗曲线，从而得到芯片内部执行加解密运算操作的密钥和数据，达到破解密码算法的过程。本文对ECC密码算

2、法有限域运算的集成电路优化实现技术，椭圆曲线上运算的集成电路实现技术，和功耗分析攻击与防护方法进行了研究。设计出了一款高速的有限域模逆运算单元，成功实现了ECC点乘运算模块的VLSI设计，并用差分功耗分析攻击对ECC点乘模块进行了攻击实验。本文主要工作特色和创新点如下：1.硬件实现了所有的有限域运算模块，其中，有限域的乘法运算采用了并行的Sunar-Koç乘法器，在此基础上，设计出了一款高速的有限域模逆运算单元。233在二进制有限域GF(2)下，模逆运算只需要26个时钟周期就可以完成。2.在椭圆曲线层的运算上，采用了射影坐标下的Mo

3、ntgomery点乘算法来实现ECC的点乘运算。该算法无需进行预计算，并且将模逆运算的次数减少到1，因此采用Montgomery点乘算法能获得比较快的速度。实验中，利用有限状态机进行数据流的控制和存储器的反复利用。最终快速的实现了点乘运算单元并完成流片。3.构建了一个功耗分析攻击软件仿真平台。在该平台上，利用多种EDA软件和编程语言实现电路的功耗估计，并成功的运用差分功耗分析攻击破译了Montgomery点乘算法的密钥值。实验结果证明了kMontgomery点乘算法不能抗差分功耗分析攻击，因此，在实际应用中，需要结合一些防御措施以确

4、保算法的安全性。本文的研究工作得到了国家自然科学基金资助项目(60606005)的支持。关键词：椭圆曲线密码算法差分功耗分析攻击超大规模集成电路有限域IAbstractAbstractTheuseofellipticcurveincryptographywasfirstproposedbyMillerandKoblitzin1985respectively.Sincethattime,alotofattentionshavebeenpaidtoellipticcurvesforcryptographicapplications.Co

5、mparedwithothercommonlyusedpublickeycryptosystemssuchasRSA,Ellipticcurvecryptography(ECC)hasalotofbenefits,suchasthehighestsecurityperbitofanyknownpublickeycryptosystem,hardwareimplementationswithfewerresources,andsoon.Thus,lotsofresearchersbelievethatECCwillreplaceRSA

6、inthefuture.Asoneofthemostcommonlyusedside-channelattacks,poweranalysisattackcanrecoverthesecretkeysandusefulinformationinthesecurechipbyanalyzingtheinputandoutputdatacombingwiththepowerconsumptioncurvesduringthecipherprocessing.Poweranalysisattackhasbeenrapidlydevelop

7、edinrecentyears,becauseitisefficientandeasytoimplement.Inthisthesis,VLSIdesignoptimizationonfinitefield,VLSIimplementationofellipticcurvescalarmultiplication,andpoweranalysisandcountermeasuresonECCcipherarestudied.Wedesignedahigh-speedmultiplicativeinverterinfinite233f

8、ieldGF(2),implementedtheellipticcurvescalarmultiplicationsuccessfully,andattackedtheellipticcurvescalarmultiplication