基于SM2的數(shù)字簽名系統(tǒng)的硬件設計.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)和信息技術的發(fā)展，信息安全越來越受到人們的重視。橢圓曲線密碼體制(EllipticCurve Cryptography，ECC)能夠在相同密鑰長度情況下提供更高的安全性。2010年12月17日國家密碼安全局發(fā)布了國產(chǎn)ECC算法標準一《SM2橢圓曲線公鑰密碼算法》，用來對現(xiàn)有的RSA(RivestShamir Adleman)系統(tǒng)進行升級改造。數(shù)字簽名技術是ECC算法的一個重要應用，它在現(xiàn)代電子商務和政務中扮演著身份重要角色。本

2、文研究了基于SM2的數(shù)字簽名系統(tǒng)，完成了該系統(tǒng)的硬件電路設計。
　　本文設計的基于SM2的數(shù)字簽名系統(tǒng)，選取了NIST推薦的K-233安全曲線，在二元域下實現(xiàn)了國密SM2數(shù)字簽名算法。本文首先介紹了橢圓曲線算法相關的理論基礎、簽名所需的密碼雜湊理論等技術基礎;其次根據(jù)技術基礎給出了SM2數(shù)字簽名系統(tǒng)的算法架構，并對系統(tǒng)中各層的主要算法進行分析和優(yōu)化;然后根據(jù)算法架構設計了SM2數(shù)字簽名系統(tǒng)硬件架構并進行了模塊劃分，進而根據(jù)優(yōu)化的算

3、法對各模塊進行硬件實現(xiàn)。其中簽名系統(tǒng)的核心運算點乘運算采用了標準投影坐標系下的蒙哥馬利算法，以主從狀態(tài)機的方式控制有限域運算單元加以實現(xiàn)。并對該算法以預計算的方式采用3個模乘法器與1個模逆運算單元并行工作的方式加以優(yōu)化，使得在密鑰寬度為233比特的情況下，點乘運算速度提高了約21％。有限域模乘運算單元采取全并行與字級乘法器兩種方式實現(xiàn)以適應不同的應用場景。全并行模乘法器會占用更多的資源，但整個數(shù)字簽名系統(tǒng)在速度上會取得最優(yōu)，可達到等同1

4、00MHz的頻率下35880次每秒的簽名速度，適合服務器等資源豐富的場合。字級乘法器在面積和速度上進行折中，并降低了一定的功耗，通過控制字長w來平衡面積和速度，本設計中采取w=60，最終使得整個數(shù)字簽名系統(tǒng)在等同100MHz的頻率下達到18341次每秒的簽名速度，達到了預期的設計指標，并且電路面積較全并行模乘法器減少了約17％。
　　本設計采用Verilog HDL硬件描述語言進行設計，并且搭建UVM進行驗證。最后，通過了Desi