一种具有分步解密的多变量公钥密码系统的fpga设计与实现

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1、Ｓｏｕ化ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙ硕±学位论文￣种具有分步解密的多变量公钥密码系统的ＦＰＧＡ设计与实现作者姓名匡光彩学科专业计算机科学与技术指导教师唐韶华教授所在学院计算机科学与工程学院论文提交日期２０１６年４月TheFPGADesignandImplementationofaMultivariablePublicKeyCryptosystemwithFractionalStepDecryptionADissertationSubmit

2、tedfortheDegreeofMasterCandidate：KuangGuangcaiSupervisor：Prof.TangShaohuaSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou，China＂＂＊＞５：１０５６１．Ｔ学校代分类号ｉ３９２巧学号；２０１３２〇１３〇华南理工大学硕ｉ学位论文－种具有分步解密的多变量公钥密码系统的ＦＰＧＡ设计与实现巧导教师姓名、职称：唐韶华戳授作者姓名：匡化彩机科学与技术±学科专业名称：计算中请学位级别；「－学硕

3、研究方向：信息安全日：＞／ｔ年ｙ论文答辩口期（）巧＾论文提交日期：少。Ｕ年中巧巧月日理工大学学位授予口期：年学位授予单位：华南答辩委员会成员：丰席：１！蜂委员：华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所。除了文中特别加取得的研究成果ｌｔｉ标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本义的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者

4、签名：曰期；瓦扣／（年Ｚ月４曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可臥公布学位论文的全部或部，可分内容、Ｗ允许采用影印缩、印或其它复制手段保存汇编学位论一。文本人和纸质电子文档的内容论文的内容巧。致本学位：论文属于□保密，在年解密后适用本授权。书回不保密同意，在校园网

5、上，发布供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊（盘版光）电子杂志社全Ｃ服Ｉ文出版和编入《中国知》识资源总库，全传播学位论文的部或部分内。容＇＂＂（请在上Ｖ臥相应方框巧打）。作者签名；：若曰期１抑Ｊ甚束ｆｅ＾方卢月＂＂＾＾指签：导教师名：：。曰期＜；台＾１／任＾曰＾＾月／＾摘要信息安全一直以来在通信中扮演着重要的角色，随着信息技术的高速发展，信息安全凸显得更为重要。计算机网络技术的应用已经深入到大家的日常生活中，现代密码学为保障大家在网络生活中的信息安全

6、做出了巨大的贡献。尤其是公钥密码系统的提出，对现代密码系统产生了深远的影响，公钥密码系统一直到现在都是作为通讯加密的主要方式。不过，随着量子计算机技术的出现和发展，传统的公钥密码系统已经受到了威胁，将来量子计算机发展到商用阶段，现在主流使用的加密技术将变得不再安全。而多变量公钥密码方案（MPKC）的安全性是基于求解有限域上的一组多变量方程，目前还没有研究证明量子计算机对这一类问题具有快速求解的能力。现在移动设备使得大家的生活更加的方便，像无线传感器，智能卡，可穿戴设备等等，但是这些设备的数据安全性也备受关注。这些移动设备在

7、信息的传输过程中会容易受到外界的攻击，监听。但是移动设备的硬件资源有限，加密的能力较弱，因此需要一个一种专门的硬件设备来保障信息传输的安全性。本文的主要工作是TOT密码方案的FPGA硬件设计与实现，其中TOT密码方案是一种双极型的多变量公钥密码方案，它具有分步解密和运算速度快的特性。本文首先详细的介绍了TOT多变量公钥密码方案，确定算法所需要在有限域上的运算器，然后在GF(280)有限域上实现了乘法器和求逆器。同时在Berlekamp算法模块的硬件实现的方式上采用了高层次综合工具（HLS）这种新的硬件设计和实现方案。为了模

8、块能与外界进行正常通信，我们还根据具体需要选择了合适的接口类型和设计了一个中间件来和外部接口进行数据通讯。接下来制定了需要实现的整个算法的汇编指令集和机器码指令集以及它们指令格式。根据这些指令集合指令的运行过程将TOT方案微处理器设计为几个运行模块。最后对整个系统进行了功能的验证和资源使用的测算，并与其