一种面向椭圆曲线的双域点乘加速器的设计.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN47密级：公开UDC：621.38学号：151261一种面向椭圆曲线的双域点乘加速器的设计研究生姓名：陆启乐导师姓名：王学香副教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与技术论文答辩日期2018年6月9日二级学科名称微电子学与固体电子学学位授予日期20年月日答辩委员会主席蔡跃明评阅人盲审盲审2018年6月11日硕士学位论文一种面向椭圆曲线的双域点乘加速器的设计专业名称：微电子学与固体电子学研究生姓名：陆启乐导师姓名：王学香副教授DESIGNOFADUAL-FIELDPOINTMULTIPLICATIONACCEL

2、ERATORINELLIPTICCURVECRYPTOGRAPHYAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLUQileSupervisedbyProf.WangXuexiangSchoolofElectronicScienceandEngineeringSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方

3、外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它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。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电

4、子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要公钥体制中的椭圆曲线加密算法，相比RSA密码算法，具有更高的加密安全强度等诸多优点，受到了越来越多的研究。本文首先从椭圆曲线上点乘运算层次结构出发，自底向上的设计了双域点乘加速器的硬件实现方案。本文首先设计了一种和积分离的高并行蒙哥马利模乘实现方案及电路和基于非逻辑基4布斯编码的双域整数乘法单元，采用和积分离的高并行思想可以减少蒙哥马利模乘运算时迭代内的路径延时，采用非逻辑思想编码可以减少双域整数乘法单元的关键路径

5、，提升了双域模乘器的运算速度。针对模逆运算，本文设计了一种基于无溢出模加运算的快速双域蒙哥马利模逆实现方案并完成了电路设计。该方法通过无溢出模加运算替代模减运算，省去了约简的开销，减少了双域模逆器的运算时间和面积开销。最后，针对直接限制点乘性能的点加倍点运算，本文设计了一种基于双模乘器并行压缩的点加倍点调度方案，本文分析了在点加倍点运算中，双模乘器是一种最高效的实现方式，其次采用并行压缩的思想可以减少双模乘器调度时点加倍点运算通路和存储空间开销，提升了点加倍点及点乘运算的性能。本文完成了双域点乘加速器的电路设计，并搭建了验证平台，对硬件设计完成了系统级、模块级的功能

6、验证。通过DesignCompiler工具在SMIC40nm工艺下完成了综合与逻辑优化。实验结果显示：本文设计的双域点乘加速器电路，面积为168,018μm2，主频最高可达388MHz，素数域完成一次256比特数据的点乘运算时间为0.48ms，二元域完成一次256比特数据的点乘运算时间为0.31ms。关键词：公钥，椭圆曲线加密，双域点乘，蒙哥马利模乘IAbstractAbstractTheEllipticCurveCryptosystem(ECC)inthepublickeysystemhasreceivedmoreandmoreattentionbecauseof

7、itsadvantagessuchashighersecuritystrengththanRSA.Inthisthesis,firstly,thehardwareimplementationschemeofthedual-fieldpointmultiplication(PM)acceleratorareproposedstartingwiththehierarchicalstructureofpointmultiplicationinECC.Secondly,ahigh-parallelMontgomerymodularmultiplicationimplem