椭圆曲线密码系统是目前每比特密钥加密强度最高的公钥密码，而且在每个安全级别下可以选择的椭圆曲线参数极其丰富，因而具有广泛的应用前景。论文系统地研究了适于VLSI实现的椭圆曲线算法、硬件结构及芯片设计，对于椭圆曲线密码系统的实际应用具有重要意义。 有限域中的元素求逆运算是公钥密码算法的关键数学运算之一，论文构造了一种新的素数域模逆的快速算法，尤其适用于高性能的VLSI实现。该算法计算速度快于其它己知算法，且只需普通加减法操作，不需要比较操作、模运算和任何操作数的乘法或除法，其全部运算资源仅为一个加法器。该算法在本文设计的椭圆曲线密码芯片的整数模运算中得到了实际的应用。 椭圆曲线点的标量乘法计算是椭圆曲线密码算法的核心，其计算效率是系统性能的关键所在。论文完整的进行了GF(2<233>)勺域标量乘法的VLSI设计，构造了域运算单元—“错位异或”平方器和串并行结构乘法器，并将二者结合进行GF(2<233>)域模逆运算。论文改进了标量乘法Montgomery算法流程，利用寄存器间的数据交换,将0和1两种情况下的中间结果“点加－倍点”操作统一起来，简化了控制流程，使关键路径延时下降，而且减少了运算单元输入输出的连线逻辑。与Montgomery流程相比，标量乘法计算等效逻辑门减少约20％. 在椭圆曲线数字签名验证协议中，需要进行两次点的标量乘法计算和一次椭圆曲线上的点加运算。论文对这两种不同坐标系下的计算进行了寄存器和运算单元的统一调度，使它们的求逆运算共用同样的流程，减小了控制状态机的复杂度，并且在实现标量乘法的基础上，没有增加额外的运算单元或寄存器，点加运算的所有计算资源均和标量乘法公用，最大限度的提高了资源利用率。 论文基于上海中芯国际0.35微米CMOS工艺，完整的设计了椭圆曲线密码芯片THECC-100,能够快速地进行椭圆曲线密钥产生、交换以及数字签名，整个电路规模为122,000等效门，芯片面积8.5×8.5mm<2>，时序分析结果显示可以工作在13.5MHz频率下，平均每秒可以完成500次椭圆曲线数字签名。