基于橢圓曲線的數(shù)字簽名方案關(guān)鍵模塊設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、數(shù)字簽名是信息時代最重要的技術(shù)之一，是實現(xiàn)電子貿(mào)易、電子貨幣、電子購物、電子出版及知識產(chǎn)權(quán)保護等系統(tǒng)安全的重要保證。橢圓曲線密碼體制(ECC)是目前每比特密鑰安全強度最高的一種公鑰密碼體制。在相同安全強度條件下，橢圓曲線密碼體制具有較短的密鑰長度，較少的計算量、存儲量和較小的帶寬等諸多優(yōu)點。
　　在數(shù)字簽名等基于橢圓曲線密碼體制的應(yīng)用中，點乘操作耗費了算法最多的執(zhí)行時間。為了使橢圓曲線密碼體制得到更好的應(yīng)用，提高橢圓曲線上點乘的運

2、算速度就變得非常重要。因此，點乘的快速算法與實現(xiàn)成為了當(dāng)前橢圓曲線密碼體制研究中的熱點。
　　本文介紹了國內(nèi)外關(guān)于特征值為2的有限域GF(2m)上橢圓曲線點乘算法方面的相關(guān)研究，并在以下方面做了一定的工作：
　　論文首先介紹了ECC的基本數(shù)學(xué)原理，同時描述了它的相關(guān)標準、技術(shù)特點和應(yīng)用范圍。接下來針對ECC中涉及的各個運算模塊，對硬件設(shè)計中所用到的一些特殊算法給出相應(yīng)的說明，其中包括二進制域上的基本數(shù)學(xué)運算算法和橢圓曲線上的

3、點乘算法。
　　在此基礎(chǔ)上，本文重點設(shè)計了一種基于GF(2163)的ECC點乘模塊的硬件實現(xiàn)方案。在實現(xiàn)過程中，按照層次化、模塊化的思想，對每個層次和模塊都進行仿真驗證，在確保每個模塊的設(shè)計都正確后，再進行頂層設(shè)計，并完成總體仿真。之后用DC做了ASIC流程的邏輯綜合，用ISE做了FPGA設(shè)計的綜合和布局布線，并根據(jù)得到的各性能指標的報告，對設(shè)計進行了進一步優(yōu)化。
　　本文提出的方案有兩個特點：一是實現(xiàn)了一種新的單時鐘周期、

4、高時鐘頻率的位并行模乘法器，該乘法器采用Xilinx公司的FPGA芯片XC5VLX330T實現(xiàn)時，能以122MHz的頻率在1個時鐘周期內(nèi)完成GF(2163)的乘法運算，面積大約為4033個slice；另一項是對完成點加和倍點的組合算法進行了優(yōu)化，并采用了預(yù)選擇技術(shù)安排數(shù)據(jù)流水，實現(xiàn)了迭代期間乘法器滿負荷運行，使得每次迭代所需要的時鐘周期數(shù)由通常的超過10個減少到了本文方案中的6個，從而完成一次點乘運算，只需要1027個時鐘周期。