面向移動支付的公鑰密碼加速運算單元設(shè)計.pdf

1、在移動設(shè)備越來越普及的今天，移動支付的交易金額與服務(wù)對象數(shù)量都處在在蓬勃發(fā)展中。在移動支付這一類的電子商務(wù)活動中，采用的是WPKI協(xié)議。WPKI協(xié)議采用公鑰密碼體制設(shè)施，同時也對公鑰加密提出了獨特的要求。首先，應(yīng)用于移動支付上的公鑰加密需要具備可擴展性，對于不同長度的密鑰均能完成加解密的過程。其次，由于移動支付大多是應(yīng)用于智能手機上，為了支持盡可能多的功能，對于加密單元的面積和功耗將是受限制的。針對移動支付的這些要求，并對幾種公鑰加密算

2、法（RSA、ECC、SM2）進行深入分析，將算法分解為一個個的基本運算單元，本文采用模塊復(fù)用的手段設(shè)計了一個可擴展的公鑰密碼運算單元，并在面積受到約束的情況下，盡可能使該運算單元具備高性能小面積的特點。該運算單元包括公鑰密碼算法所需要用到的各運算單元，并包括了與AHB的接口模塊和存儲接口單元。
　　在模乘運算單元中，本文先后設(shè)計了1024位的加法模塊以及256位的加法模塊復(fù)用的兩種不同方式完成模乘運算的電路結(jié)構(gòu)，通過仿真和綜合報告

3、給出了這兩種方式實現(xiàn)的電路在運算時間以及占用面積上的區(qū)別。同時深入分析復(fù)用電路方式的工作原理，給出了一般的低位數(shù)加法模塊復(fù)用實現(xiàn)高位數(shù)模乘運算的運算時間一般規(guī)律。在32MHZ的時鐘頻率下，為了實現(xiàn)1024位的模乘運算，使用1024位的加法模塊只需要0.000032s,而使用256位的加法模塊，則需要0.00026s,使用32位的加法模塊則需要0.002s。最后出于運算時間以及面積的綜合考慮，采用了256位加法模塊復(fù)用的方式來實現(xiàn)模乘運算

4、。
　　在模冪運算單元中，我們采用了R-L的二進制掃描法來將模冪運算化簡為一系列的模乘運算，同時為了精簡電路規(guī)模，我們在初始化階段引入Montgomery余數(shù)域的概念消除了模乘運算中的冗余因子，從而完成整個模冪模塊的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程。同樣，為了實現(xiàn)1024位的模冪運算，若調(diào)用1024位的加法模塊實現(xiàn)的模乘運算單元，則需要0.05s,電路面積約為5.3萬等效門，使用256位的加法模塊來完成一次模冪運算則需要0.42s,電路面積約為1.5

5、7萬等效門，用32位的加法模塊來完成一次模冪運算需要3.15s,從運算時間和面積的綜合考慮，最終采取了256位加法模塊來復(fù)用完成整個模乘、模冪運算，通過這種復(fù)用方式，能實現(xiàn)任意256n位的模乘、模冪運算。
　　在模逆運算單元中，為了減少整個運算單元的面積開銷，本文深入分析了歐拉定理，將模逆運算轉(zhuǎn)化成了模冪運算，通過一個簡單的減法電路將模逆運算的輸入轉(zhuǎn)化為合適的模冪運算的輸入，隨后調(diào)用模冪運算單元來實現(xiàn)模逆運算。
　　在大數(shù)乘

6、法單元中，本文設(shè)計并實現(xiàn)了任意位數(shù)的大數(shù)乘法運算單元，將被乘數(shù)從低位到高位與乘數(shù)進行依次相乘，隨后進行移位操作后將每一輪的結(jié)果進行迭代相加，最終完成任意位數(shù)的大數(shù)乘法，對于256位的大數(shù)乘法運算單元，評估出來的電路面積大約為5950等效門。
　　在大數(shù)加減法運算單元中，本文給出了CSA和CRA的結(jié)構(gòu)，CSA能夠?qū)?輸入的模式轉(zhuǎn)化為2輸入的模式，而CRA能很好的完成2輸入加法運算。對于減法單元，通過將減法運算轉(zhuǎn)化為3輸入的加法運算來