【摘 要】
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椭圆曲线密码体制相比于传统的公钥密码体制具有存储空间小,安全性高特点,被广泛应用于身份认证和快速加密系统中。点乘运算作为椭圆曲线加密系统的核心运算,其运算效率一直是当前研究的重点。本文基于企业委托项目,对椭圆曲线加密系统中的点乘运算模块进行硬件设计和物理实现,并在物理实现的过程中进行低功耗时钟树设计。论文首先在分析适合硬件实现的点乘算法基础上,采用L＆D投影坐标下的Montgomery算法作为顶层
【基金项目】
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陕西省创新能力支撑计划项目（2021TD-25）；
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椭圆曲线密码体制相比于传统的公钥密码体制具有存储空间小,安全性高特点,被广泛应用于身份认证和快速加密系统中。点乘运算作为椭圆曲线加密系统的核心运算,其运算效率一直是当前研究的重点。本文基于企业委托项目,对椭圆曲线加密系统中的点乘运算模块进行硬件设计和物理实现,并在物理实现的过程中进行低功耗时钟树设计。论文首先在分析适合硬件实现的点乘算法基础上,采用L＆D投影坐标下的Montgomery算法作为顶层运算算法,其次详细分析了点乘各个模块的实现算法,并采用VERILOG硬件描述语言完成了点乘运算中各个模块的设计,使用VCS工具完成了各模块和系统的仿真验证。为提高系统运算效率,论文基于移位相加算法设计了全并行有限域模乘运算结构,相比于传统的全并行电路结构,本文结构运算量更小。仿真结果表明,本文设计的结构完成一次点乘运算共需要7709个周期,运算效率高于其他文献。最后,基于UMC1lOnm CMOS工艺完成点乘模块的物理实现,使用Design Compiler软件完成点乘模块的逻辑综合,用Formality分两个阶段完成了功能验证,采用ICC完成点乘模块的布局布线。为了降低时钟树功耗,提出了基于寄存器聚类的时钟树功耗优化方法,与传统时钟树综合方法相比,时钟树功耗降低了 20%,设计总功耗降低了 5%,性能提升了 36%。完成布局布线后使用StarRC提取寄生参数,使用PT进行静态时序分析,最后使用calibre进行物理验证,验证通过,满足sign-off标准。最终得到芯片规模为532140逻辑门,面积为2751× 2751um2,工作频率为111MHz。
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