橢圓曲線密碼算法及芯片實現(xiàn)方法研究.pdf

1、橢圓曲線密碼（ECC）是1985年提出的一種公鑰密碼算法。在保證相同安全強度下，ECC與另一種公鑰密碼算法RSA相比，所需的密鑰長度更短、存儲信息更少、硬件實現(xiàn)效率更高。因此，具有廣闊的應用情景。在許多安全標準如IPsec、WAPI中，都包含了ECC的使用。 ECC的研究主要包括安全和實現(xiàn)效率兩方面。安全的問題在理論上主要圍繞離散對數(shù)問題、橢圓曲線參數(shù)的選取及攻擊算法研究等，而在工程上則涉及時間分析攻擊、功耗分析攻擊、電磁分析

2、攻擊和差錯分析攻擊等。實現(xiàn)效率的問題主要是標量乘k⊙P的計算問題（k為一個大整數(shù)而P為橢圓曲線上的一個點），研究的領域包括橢圓曲線標量乘算法研究、有限域運算研究、軟硬件體系架構(gòu)設計和硬件底層數(shù)據(jù)通路優(yōu)化等。 作為21世紀前后熱門研究領域之一，ECC的研究取得了重多的成果，理論上的安全問題已基本得到澄清，現(xiàn)有研究多是針對提高實現(xiàn)效率和在工程上防止攻擊等問題而展開。論文在簡短回顧ECC研究領域的既有成果基礎之上，主要針對特征為2有限

3、域ECC的標量乘實現(xiàn)、有限域乘法器和安全掃描鏈設計展開了研究，并給出了詳實的數(shù)據(jù)，也對ECC相關技術作了探討。在前人成果的基礎上，主要做了以下的工作并獲得了一些成果： 1．提出了非平衡模歸約算法?；诜瞧胶饽w約算法，設計了一種ECC的可配置加速器。加速器采用類CPU的流水線設計，使用有限狀態(tài)機產(chǎn)生指令以控制整個算法的流程；采用基于分段運算的域可擴展設計的方法設計運算單元，支持多種不同有限域的運算。 2．提出了一種在特征

4、為2有限域上的并行快速實現(xiàn)ECC標量乘運算的方法。該方法利用硬件動態(tài)指令調(diào)度技術，同時采用指令級并行和線程級并行，提高并行運算的性能。 3．提出一種針對一類橢圓曲線密碼的硬件實現(xiàn)的攻擊方法，并相應提出一種防止該類攻擊的簡單有效的密碼芯片的安全掃描方法，使得在保持高測試覆蓋率的同時，并不降低芯片的安全性。 4．提出一類有限域乘法器的歸一化設計架構(gòu)并進行復雜度分析。架構(gòu)可實現(xiàn)參數(shù)化的部分并行乘法器，分析結(jié)果為應用時的參數(shù)選取