rsa密码算法硬件实现及防攻击特性的研究

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1、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影

2、印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要信息安全已经成为当今信息社会亟须解决的重要问题之一，而密码技术是保障信息安全的核心技术。作为公钥密码体制代表的RSA算法不仅易于理解和操作，而且其安全性高，在密码领域已得到广泛应用。如何做到高性能、低成本并具有抗侧信道攻击的硬件实现是当前嵌入式领域研究的热点。本设计是基于前人对RSA模幂算法以

3、及蒙哥马利模乘算法的研究基础之上，与抗侧信道攻击方法相结合，实现了具有一定的抗侧信道攻击的专用硬件密码加速模块。相比于通用处理器、专用集成电路以及FPGA等实现方式，本设计在性能及安全性上都有一定的优势。本文首先对实现RSA加解密流程的具体算法进行了讨论和优化。在模幂层采用了蒙哥马利阶梯算法，在模乘层使用FIOS算法。并通过对模乘、模幂算法进行综合研究与整体考虑，对运算中相似运算进行硬件复用以减小面积；对架构中ram进行特殊连接以减少模幂过程中数据的多次搬运，节省数据传输时间；对硬件实现过程中进

4、行可配置设计，使得加解密支持不同密钥长度，从而可以满足不同用户的需求。其次通过对侧信道攻击的研究，从最初的算法研究到后期的硬件设计过程中，将抗攻击特性贯穿于整个设计之中，使得硬件设计可以有效的防止功耗攻击和故障攻击。并提出了对模乘相减一步进行功耗分析造成密钥泄露的可能，对攻击者是一种十分有效的辅助攻击方法；在此基础之上，对硬件模乘模块设计进行了改进，从而防止了模乘泄露功耗的隐患。实验结果表明，本文所设计的抗侧信道攻击专用RSA密码模块具较高的数据吞吐率、低硬件资源开销和支持多种密钥长度等优点。在

5、100MHZ的主频下，1024比特的RSA解密算法数据吞吐率达到75Kbps。在SMIC0.13μmCMOS的工艺库下，协处理器的逻辑等效门数仅为54Kgates。同时支持从256比特到1024比特的当前主流密钥长度的RSA加解密算法。与目前主流的硬件模乘及模幂设计相比，结果表明本设计在抗攻击方面更加完善，在性能方面也具有一定的优势。关键词：RSA加解密侧信道攻击蒙哥马利模乘ASICABSTRACTInformationsecurityhasbecomeoneoftheimportantissu

6、esinthecurrentsociallife,andcryptographictechnologyisthecoretechnologyofinformationprotection.RSAalgorithm,asoneoftherepresentativesofthepublic-keycryptosystem,hasagoodprospectinthefieldofcryptography.BasedonthepreviousstudyonRSAmodularexponentiation

7、algorithmandtheMontgomerymodularmultiplicationalgorithm,thispaperpresentsaspecialhardwareimplementationofRSAalgorithmasahardwareacceleratorwhichcanagainstofsidechannelattacks.Comparingwithusinggeneral-purposeprocessor,ASICandFPGAimplementationsforRSA

8、algorithmnotonlyhaveanadvantageinspeedandareabutalsoinsecurity.Firstly,thealgorithmsofRSAencryptionanddecryptionforhardwareimplementationarediscussedandoptimizedinthispaper.MontgomeryPoweringLaddermodularexponentiationandFIOSmodularmultiplicationarea