基于RSA_ECC算法的可配置加解密协处理器

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1、碩士学位论文Ｉ肇基于ＲＳＡ／ＥＣＣ算法的可配置加解密协处理器作者姓名何泽学校导师姓名、职称蔡觉平教授企业导师姓名、职称陈小文助理研究员申请学位类别工程硕士Ｉ学校代码10701学号1511122794分类号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于RSA/ECC算法的可配置加解密协处理器作者姓名：何泽领域：软件工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：蔡觉平教授企业导师姓名、职称：陈小文助理研究员学院：微电子学院提交日期：2018年4月ConfigurableEncryptionandDecryptionProcess

2、orBasedonRSA/ECCAlgorithmAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinSoftwareEngineeringByZeHeSupervisor:JuepingCaiTitle:ProfessorSupervisor:XiaowenChenTitle:AssistantResearchApril2018摘要摘要RSA与ECC加解密算法是非对称加解密技术中基石，也是非对称体制中最为安全与成熟的代

3、表性算法。RSA与ECC不仅在加解密方面有非常高安全性，还能提供数字签名与身份认证等功能。在当下这个对安全性的要求越来越高的时代，密钥位宽因此也变得越来越大，对复杂运算的需求也更加庞大，传统的软件实现已经无法满足高速度与高安全性的要求。因此，硬件化实现非对称的核心算法RSA与ECC具有重要的意义。基于非对称加解密体制，设计了一款可配置的RSA/ECC加解密协处理器。在协议层以上由软件实现，对核心运算采用ASIC实现。首先深入分析了RSA与ECC的各种实现算法，经过比较选择了适合硬件实现的算法。对RSA，模乘层采用经过优化后的Montgomery（蒙哥马

4、利）算法来实现，模幂层采用二进制展开算法实现。对ECC，椭圆曲线使用NIST推荐的基于二进制域GF(2n)位宽为233的Koblitz曲线，椭圆曲线层采用基于投影坐标系的Montgomery算法实现，有限域层的基础运算分别采用针对硬件优化的算法实现，模逆运算采用基于小费马定理优化后的算法，通过调用有限域上的基础运算来实现模逆。在实现过程中，对硬件资源进行优化，使其在性能方面明显的提高。且对功耗、时序与故障攻击都经过仔细的考虑，有很好的抗旁路攻击特性。在实现过程中，本文首先基于原始算法做了总体框架的设计，然后对硬件实现具体结构进行了优化，再分层分模块完成

5、了RTL级代码的设计。其次，本文设计的配置工具针对面积与速度之间不同的需求，可对位宽，算法以及并行度等方面进行配置。基于可重构/配置计算(ReconfigurableComputing，RC)思想，将设计分为静态可配置与动态可配置两部分。对于静态可配置而言，本文实现了两种方式：1.可通过配置工具进行人机交互，产生相应配置的RTL级代码与仿真环境；2.可对使用Perl实现的脚本进行配置，从而可直接调用相应的模块。对于动态配置而言，大位宽可以向下兼容小位宽，从而减少对资源的浪费。因此，整个设计具有高灵活度的特点。本设计旨在尽量满足各种数据加解密与数字签名中

6、不同应用的不同要求，进而可以直接生成经过验证的Verilog代码，从而大大缩短设计时间，提高产品竞争力。本文对各种不同配置的RSA核与ECC核分别进行了RTL级的设计与验证，列举了各种配置以及并行度的仿真图，并且分析了各个配置下仿真结果的原因。并基于TSMC28nm的工艺使用DC工具进行了综合，分析不同配置的综合结果。如ECC在全并行的输入下主时钟频率可达到2.38GHz，每秒可实现4×106次标量乘。当使用配置工具将RSA算法设置为1024位R-L扫描基2Montgomery全串行时，门资源为21kI西安电子科技大学硕士学位论文门，主时钟频率为2.5

7、GHz，每次可达到加解密36000次，一次标量乘仅需27μs，达到最初设计目标。关键词：密码学，蒙哥马利算法，椭圆曲线加密体制，可配置，非对称IIABSTRACTABSTRACTThealgorithmsofRSAandECCarethecornerstoneofasymmetricencryptiontechnology,theyaresaferepresentativealgorithmsinasymmetricsystem.Theynotonlyhavehighsecurityfeature,butalsoprovidefunctionssuch

8、asdigitalsignatureandidentityauthentication.Now