【硕士论文】公钥算法加密硬件实现的研究.pdf

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1、北京邮电大学硕士学位论文公钥算法加密硬件实现的研究姓名：张中申请学位级别：硕士专业：信号与信息处理指导教师：杨义先20040218公钥算法加密硬件实现的研究摘要加密硬件是信息安全产品的基础安全设备，不仅能够有效的物理保护密钥，而且能够高效的实时实现加密算法。RSA是公开密钥密码编码学的～种算法，并且是被广泛接受并实现的通用分组加密算法。RSA的计算复杂性较高，通常用硬件实现才能满足实时的要求，也是由于其计算复杂，必须充分利用硬件特点才能够获得较好的性能。一直以来对于如何在智能卡上高效实现RSA是讨论的热点

2、，随着高速高性能DSP的出现，目前对于如何在DSP—l：-高效率实现RSA算法成为研究的热点。本文对于不同安全应用，结合目前国内外实现公钥算法的硬件产品，介绍了几种加密硬件结构。并根据其中一种结构，设计了～种基于PCI总线的网络加密卡。该加密卡上以DSP为核心处理器，采用两片大数模幂模乘运算协处理器，专用对称密码算法芯片，以PCI总线与主机进行数据交互，使用智能卡进行密钥保护和管理。根据加密卡的结构特点，提出了两种RSA算法的}上实现方案，仔细分析了RSA素数生成、密钥产生和加解密的过程和快速算法，挖掘模

3、幂模乘运算协处理器的能力，分别在加密卡上实现了这两种方案。我们提出用两片协处理器并行完成RSA的处理过程，达到了1024位RSA签名120次／秒的性能。我们又根据另外一种加密硬件结构，提出了只有DSP主处理器的结构，并在其上实现rRSA算法，实现了低成本高效率的解决方案。最后对已经实现的方案进行了扩展研究，分析相关文献，得出了可以在我们设计的加密卡上实现2048位RSA的方法，虽然协处理器最大只支持1024位的模幂模乘运算。我们还研究了如何防止对RSA的时间攻击和能量攻击。关键词加密硬件，DSP，RSA，

4、CRT，加密卡RESEACH0FIMPLEMENTATl0NSOFRSAONCRYPTOHARDWAREABSTRACTCryptohardwarewhichisthebasicsecurityequipmentofinformationsecurityproductcarlphysicallyprotectsecretkeyandrealizecryptoalgorithmefficiently．RSAisoneofpublic—keycryptographyalgorithmandiswidelyus

5、edinfact．Becauseit'scomputingcomplication，RSAisusuallyappliedonhardwaretorequireintimeneedandhighperformancewithfulldevelopmentofhardware’Scharacteristic．HowtoefficientlyimplyRSAonsmartcardisdiscussedwarmlybuthowtoimplyitonDSPsturnsouttobeattractivewithhi

6、曲processspeedofDSP．ThispaperintroducesseveralstructureofcryptohardwareconsideringhardwarethatimplementRSAalgorithmabroadfurdifferentapplicationandaccordingoneofthosestructureswedesignedanetworkcryptocardbasedonPCIbusThecryptocardwhichisbasingonPCIbustoexc

7、hangedatawithPChasoneDSPfurmainprocessorandtwocryptocoprocessorswithmodularexponentiationandmodularmultiplicationandonespecialsymmetriccryptochipandusesmartcardtoprotectsecretkeyandmanagethekeylib．TwoschemesofRSAareimplementedonthiscardaccordinghardwarech

8、aracteristic．Aftercarefullyanalyzingfastalgorithmsofprimegenerationandkeygenerationandencryptprocessingandarithmeticcapabilityofcoprocessor,aparallelarithmeticwithtwomodularexponentiationcoprocessorsisimplemented011