公鑰密碼系統(tǒng)中底層運算的硬件加速.pdf

1、隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，人們對信息和信息技術(shù)的需要不斷增加，信息安全也顯得越來越重要。密碼技術(shù)則是保障信息安全的一個重要手段。而公鑰密碼是現(xiàn)代密碼學的核心，是目前解決身份鑒別與密鑰交換的主要技術(shù)手段。 公鑰密碼算法的關(guān)鍵操作是有限域運算。為了保證安全，一般為大整數(shù)操作，屬于計算密集型運算，效率較差。出于運算性能考慮，可以采用硬件實現(xiàn)公鑰密碼算法。本文正是圍繞使用硬件提高公鑰算法效率這一課題展開研究。 首先，介紹了常見公鑰

2、算法的流程和相關(guān)的數(shù)學原理，為后文思想的介紹奠定基礎(chǔ)，使要解決的問題關(guān)鍵集中在底層有限域運算。然后詳細描述了兩種新的硬件二元域求逆方案和二元域乘法器的參數(shù)優(yōu)化，從而構(gòu)建了完整的公鑰密碼底層運算體系。 在分析了一些經(jīng)典的求逆算法的基礎(chǔ)上選擇殆逆算法進行優(yōu)化，利用其分階段的特點實現(xiàn)了較低的傳輸延遲。又通過對殆逆過程的分析，發(fā)現(xiàn)度數(shù)變化的前后相關(guān)性規(guī)律，并利用相關(guān)性快速得到當前度數(shù)，大幅度壓縮一次求逆需要的時鐘周期數(shù)。而后，方案還通過

3、分解合并殆逆算法步驟進一步壓縮時鐘數(shù)。實驗表明，此方案由于時鐘周期數(shù)和延遲兩方面的優(yōu)化，效率趕上甚至超過國際上的一些經(jīng)典算法。 接下來，針對前一求逆方案在邏輯門延遲方面的不足，進一步改進，提出了一種雙向移位結(jié)構(gòu)，用反向移位取代原算法中延遲最嚴重的動態(tài)搜索求度數(shù)，將關(guān)鍵路徑延遲從上一方案log2m數(shù)量級縮減到log2(log2m)數(shù)量級，提高幅度較大。分析表明，二元域雙向移位殆逆模塊的理論綜合性能優(yōu)良；實驗結(jié)果進一步證明其實際執(zhí)行