基于FPGA的ECC加解密算法研究及設(shè)計(jì).pdf

1、目前商界廣泛使用的加密技術(shù)是基于大整數(shù)因子分解難題的RSA(Rivest ShamirAdleman)公鑰密碼技術(shù)。由于存在亞指數(shù)攻擊，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的增強(qiáng)，RSA只能通過增加密鑰長(zhǎng)度來提高加密強(qiáng)度。橢圓曲線密碼體系(ECC，Elliptic CurveCryptosystem)是一種基于橢圓曲線群上的新的公鑰密碼體系，最新研究表明密鑰長(zhǎng)度為220比特的ECC加密強(qiáng)度比密鑰長(zhǎng)度為2048比特的RSA加密強(qiáng)度高。ECC是基于橢圓曲線離

2、散對(duì)數(shù)難題，與大整數(shù)因子分解難題(RSA)相比，ECC具有密鑰更短、安全性更高、運(yùn)算速度更快和所需存儲(chǔ)空間更少等優(yōu)勢(shì)。軟件和硬件都可以實(shí)現(xiàn)ECC密碼算法，其中軟件實(shí)現(xiàn)的加密速度和安全級(jí)別難以滿足信息安全的要求，硬件實(shí)現(xiàn)的加密速度和安全級(jí)別明顯高于軟件，能夠滿足信息安全的要求，但是其實(shí)現(xiàn)成本高。
　　本課題采用軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方式，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)ECC加解密算法。論文選擇有限素?cái)?shù)域上的橢圓曲線作為研究對(duì)象，首先結(jié)合軟硬件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析ECC

3、加解密算法，合理劃分軟硬件模塊。然后重點(diǎn)研究硬件模塊用到的算法，先從理論上對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，再結(jié)合所選FPGA器件提供的硬件資源，設(shè)計(jì)出速度和面積平衡的硬件電路。點(diǎn)乘運(yùn)算的性能決定了ECC加解密算法的性能，本文深入分析了常用的幾種點(diǎn)乘算法后，提出了一種點(diǎn)乘并行運(yùn)算算法，該算法支持點(diǎn)加和倍點(diǎn)同時(shí)運(yùn)算。經(jīng)過深入研究Jacobian射影坐標(biāo)系下點(diǎn)加算法和倍點(diǎn)算法的數(shù)據(jù)流特點(diǎn)后，分別設(shè)計(jì)了一種點(diǎn)加并行運(yùn)算算法和倍點(diǎn)并行運(yùn)算算法，該算法支持模乘和模加

4、/減同時(shí)運(yùn)算。基于改進(jìn)后算法設(shè)計(jì)的點(diǎn)乘模塊，完成一次密鑰長(zhǎng)度為256bit的點(diǎn)乘運(yùn)算需要138612個(gè)時(shí)鐘周期，在已查閱文獻(xiàn)中本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)乘模塊運(yùn)算時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)最少。
　　最后通過Signal TapⅡ邏輯分析儀完成FPGA硬件電路的板級(jí)測(cè)試，從而驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的FPGA硬件電路的功能是否正確。通過上位機(jī)測(cè)試程序，完成ECC加解密算法的功能測(cè)試、性能測(cè)試和可靠性測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明:本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的ECC加解密算法功能正確，能夠長(zhǎng)時(shí)間