素数域ECC算法模块的ASIC硬件资源优化设计与低功耗实现研究

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椭圆曲线密码算法(ECC)作为一种非对称加密体制、它具有密钥短、安全性高,应用广泛的特点。信息安全和密码学各界人士越来越关注ECC,这使得ECC发展速度迅猛。随着集成电路制造工艺的不断进步,ECC密码算法ASIC实现也提出了新的要求。很多专家和学者重点研究ECC算法的资源优化和低功耗设计。本文设计的椭圆曲线密码算法具有硬件资源消耗少、安全性高的优点,在互联网安全方面具有重要应用意义。本课题以Synopsys公司的芯片设计软件为平台,利用微软的Visual Studio调用标准的MIRACL函数库为全真测试矢量,采用多阈值电压算法的低功耗设计方法,对椭圆密码算法模块进行了深入研究。本研究课题的主要研究内容为:  首先,椭圆密码算法理论研究。介绍了椭圆密码体制实施的三种数域,重点介绍了素数域的模加减运算、乘法运算和求逆运算;对椭圆密码体制中核心模块进行深入分析。  其次,低功耗设计方法学介绍。分析电路功耗的组成,在不同ASIC设计阶段所对应的低功耗策略,本文提出了一种新的多阈值电压分配算法,有效的降低了电路中的静态功耗。  根据特定模数P改进了传统的交错模乘算法,并通过合理的算法调度,实现了模加、模减、模乘3种运算共用加法器资源,模乘算法硬件资源降低了近24.8%。针对二进制欧拉算法特点,通过算法调度模逆的硬件资源降低了将近68%。  本文采用了Verilog硬件描述语言进行设计,利用C++语言生成全真测试矢量,在VCS中完成仿真验证,基于SMIC0.13um工业级单元库进行实验,模运算模块的硬件资源降低了20%以上,多阈值电压技术后静态功耗降低了约15%。实验表明,本设计的ECC模块在同等工艺、速度和面积下,功耗低于同类设计。
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