随着计算机网络技术的迅猛发展和网络技术在各行各业中的广泛应用，信息安全问题日益突出。密码技术可以有效的保证信息的保密性、完整性、可用性和抗抵赖性。密码技术，特别是公钥密码技术中的RSA算法和椭圆曲线(Ellipse Curve Cryptography,ECC)算法的芯片级实现，代表着一个国家信息安全保障的水平。为此，各个国家都投入了大量的人力、物力进行研究。 本文主要研究工作为长整数模运算的体系结构研究与实现。首先对几种模乘运算算法进行研究，并对线性和高基两种电路体系结构进行比较。在此基础上，对两种电路体系进行了改进，并且具体实现了这两种电路结构。在线性体系结构的基础上做出了适用于协处理器结构和模幂运算器结构等两种不同应用的改进方案，从面积上对线性模乘电路进行了优化。其中一种优化方式适合于协处理器结构，可以较大程度地减小芯片面积，另一种方式适合多次连续模乘运算的模幂运算器结构。 本文的重点工作为模乘运算协处理器的设计与实现。协处理器采用标准的INTEL处理器接口，并设计了多条指令以及相应状态位，可以使模乘运算与主处理器的其它工作同步进行，节省了主处理器的资源。论文提出的体系结构和所设计电路经过功能仿真和FPGA验证，工作正确。所设计电路经过Synopsys公司的综合工具Design Compiler综合，达到了较高的运算速度。在模乘协处理器的基础上，试验性地用FPGA实现了一种基于线性模乘单元的模幂运算器电路，在运算速度上达到了较高的指标，对于1024位模幂运算，可以不依赖指数E中“1”的个数，统一在1025个模乘运算周期内完成模幂运算。