本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種參數(shù)位寬可擴(kuò)展的ECC加密硬件裝置，包括ECC加/解密控制層、點(diǎn)運(yùn)算層和域運(yùn)算層。其中ECC加/解密控制層包括域?qū)捒刂茊卧CC加/解密控制單元、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊和支持多位寬的四個(gè)寄存器組：即一個(gè)192bit的寄存器組、一個(gè)224bits的寄存器組、一個(gè)384bits的寄存器組和一個(gè)521bit的寄存器組；點(diǎn)運(yùn)算層包括點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊和點(diǎn)乘運(yùn)算模塊；域運(yùn)算層包括有限域加法、乘法、平方和求逆的運(yùn)算模塊。本發(fā)明專利技術(shù)很好的解決了素?cái)?shù)域寄存器位寬可擴(kuò)展問題，適合于FPGA或者ASIC實(shí)現(xiàn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及密碼學(xué)領(lǐng)域，特別是涉及一種加密解密算法中的ECC加密硬件結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵部分，屬于加密算法的硬件設(shè)計(jì)和體系設(shè)計(jì)領(lǐng)域。本專利技術(shù)提供了一種參數(shù)位寬可擴(kuò)展的ECC加密硬件裝置。
技術(shù)介紹
橢圓曲線密碼(ECC)是1985年由N. Koblitz和V. Miller提出的。橢圓曲線密碼屬于公鑰密碼體制，它可以提供同RSA密碼體制同樣的功能。然而它的安全性建立在橢圓曲線離散對(duì)數(shù)問題(ECDLP)的困難性之上。現(xiàn)在求解ECDLP最好的算法具有全指數(shù)時(shí)間復(fù)雜度，這意味著對(duì)于達(dá)到期望的安全程度，橢圓曲線密碼可以使用較RSA密碼更短的密鑰。由于密鑰短的優(yōu)點(diǎn)使得利用橢圓曲線加解密不僅速度快，而且還能節(jié)省能源、帶寬和存儲(chǔ)空間。但高等級(jí)的加密仍舊需要高位寬的參數(shù)，因此，提供參數(shù)位寬可擴(kuò)展的方法以及其硬 件實(shí)現(xiàn)方法是眾多研究者努力的方向。對(duì)橢圓曲線來說最流行的有限域是以素?cái)?shù)為模的整數(shù)域，本領(lǐng)域中，設(shè)F是至少含2個(gè)元素的集合，對(duì)F定義兩種運(yùn)算，“ + ”和“ X ”，當(dāng)代數(shù)系統(tǒng)〈F，+，X〉滿足封閉性、結(jié)合性、單位元、逆元和交換性條件時(shí)，〈F，+，X〉被稱為一個(gè)域。當(dāng)F的元素為有限個(gè)時(shí)，稱為有限域。當(dāng)P為素?cái)?shù)時(shí)，F(xiàn)={0，1，2，……p-1}在mod (P)下關(guān)于模運(yùn)算的加法和乘法構(gòu)成一個(gè)有限群，這個(gè)群就記為GF (p)。給定一條橢圓曲線E以及一個(gè)域GF(q);考慮具有(x，y)形式有理數(shù)點(diǎn)E(q)的阿貝爾群，其中X和y都在GF(q)中并且定義在這條曲線上的群運(yùn)算+。然後定義第二個(gè)運(yùn)算* ZXE(q)_>E(q):如果P是E(q)上的某個(gè)點(diǎn)，那么定義2*P=P+P，3*p=2*p+p=p+p+p等等。注意給定整數(shù)j和k，j*(k*P) = (j*k)*P=k*(j*P)。橢圓曲線離散對(duì)數(shù)問題(EOTLP)就是給定點(diǎn)P和Q，確定整數(shù)k使k*P=Q。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)位寬可擴(kuò)展的加密硬件結(jié)構(gòu)。本專利技術(shù)提供一種參數(shù)位寬可擴(kuò)展的ECC加密硬件裝置，包括ECC加/解密控制層、點(diǎn)運(yùn)算層和域運(yùn)算層；所述ECC加/解密控制層包括域?qū)捒刂茊卧CC加/解密控制單元、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊和多組寄存器組，域?qū)捒刂茊卧目刂瓶偩€和ECC加/解密控制單元相連；ECC加/解密控制單元的一路控制信號(hào)和點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)乘運(yùn)算模塊相連，另有一根控制總線和數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊相連，32位數(shù)據(jù)總線和存儲(chǔ)器相連；存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊相連，數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊和多組寄存器組分別相連；多組寄存器組選擇其一輸出，輸出的寄存器組和點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)乘運(yùn)算模塊通過521位數(shù)據(jù)總線相連；所述點(diǎn)運(yùn)算層包括點(diǎn)乘運(yùn)算模塊和點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊，點(diǎn)乘運(yùn)算模塊的控制信號(hào)和521位數(shù)據(jù)總線分別和點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊相連，點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊的控制信號(hào)和521位數(shù)據(jù)總線和域運(yùn)算層相連；所述域運(yùn)算層包括有限域乘法運(yùn)算模塊、有限域加法運(yùn)算模塊、有限域平方運(yùn)算模塊和有限域求逆運(yùn)算模塊。而且，ECC曲線的參數(shù)、基點(diǎn)P的坐標(biāo)和大素?cái)?shù)P、密鑰通過32位數(shù)據(jù)總線輸入到存儲(chǔ)器中，在ECC加/解密控制單元通過控制總線輸出的控制信號(hào)作用下，由數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊將這些數(shù)據(jù)并行輸送到寄存器組中；寄存器組中的位寬依據(jù)加密參數(shù)的位寬來選擇，用于存放運(yùn)算過程中所需的中間變量和運(yùn)算所需的系統(tǒng)參數(shù)。而且，點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊通過控制信號(hào)對(duì)域運(yùn)算層的有限域乘法運(yùn)算模塊、有限域加法運(yùn)算模塊、有限域平方運(yùn)算模塊和有限域求逆運(yùn)算模塊進(jìn)行調(diào)用，P點(diǎn)和Q點(diǎn)不相等時(shí)完成橢圓曲線上點(diǎn)加運(yùn)算，P點(diǎn)和Q點(diǎn)不相等時(shí)完成橢圓曲線上倍點(diǎn)運(yùn)算，P點(diǎn)是橢圓曲線上的一個(gè)點(diǎn)，Q點(diǎn)是橢圓曲線上的另一個(gè)點(diǎn)。 而且，采用了四組寄存器組，分別存儲(chǔ)素域GF (192)、GF (224)、GF (384)和GF (521)的輸入?yún)?shù)。而且，設(shè)置更多寄存器組，支持更多域?qū)捪碌腅CC點(diǎn)乘運(yùn)算。本專利技術(shù)設(shè)計(jì)的域運(yùn)算層負(fù)責(zé)有限域的各種算數(shù)運(yùn)算，通過點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算的控制信號(hào)，完成素域GF(p)中的有限域加法、乘法、平方和求逆運(yùn)算。點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算的控制信號(hào)通過對(duì)有限域基本運(yùn)算的各模塊的調(diào)用，完成橢圓曲線上P古Q和P=Q的點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算，快速得到點(diǎn)乘KP的結(jié)果。加/解密控制層利用KP的值進(jìn)行數(shù)據(jù)加/解密運(yùn)算。支持位寬可擴(kuò)展的ECC加密硬件中采用了四組寄存器，分別存儲(chǔ)GF (192)、GF (224)、GF(384)和GF(521)的輸入?yún)?shù)。按照本硬件設(shè)計(jì)中的方法增加寄存器組，同時(shí)對(duì)域?qū)捒刂茊卧峁┫鄳?yīng)的條件判斷，便可以實(shí)現(xiàn)更多域?qū)捪碌腅CC運(yùn)算。本專利技術(shù)很好的解決了素?cái)?shù)域寄存器位寬可擴(kuò)展問題，適合于FPGA或者ASIC實(shí)現(xiàn)。附圖說明圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)說明圖1中給出了本專利技術(shù)實(shí)施例中ECC算法實(shí)現(xiàn)的硬件結(jié)構(gòu)，該硬件結(jié)構(gòu)按照ECC加密算法從頂層到底層依次的三個(gè)層次為=ECC加/解密控制層、點(diǎn)運(yùn)算層和域運(yùn)算層。所述ECC加/解密控制層包括域?qū)捒刂茊卧CC加/解密控制單元、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊和四組寄存器組，域?qū)捒刂茊卧目刂瓶偩€和ECC加/解密控制單元相連；ECC加/解密控制單元的一路控制信號(hào)和點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)乘運(yùn)算模塊相連，另有一根控制總線和數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊相連，32位數(shù)據(jù)總線(圖中記為數(shù)據(jù)總線[31:0])和存儲(chǔ)器相連；存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊相連，數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊和四組寄存器組分別相連；四組寄存器組選擇其一輸出，輸出的寄存器組和點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)乘運(yùn)算模塊通過數(shù)據(jù)總線(521位，圖中記為數(shù)據(jù)總線[520:0])相連。支持多位寬的四組寄存器組包括一個(gè)192bit的寄存器組、一個(gè)224bits的寄存器組、一個(gè)384bits的寄存器組和一個(gè)521bits的寄存器組。具體實(shí)施時(shí)，增加寄存器組，同時(shí)對(duì)域?qū)捒刂茊卧峁┫鄳?yīng)的條件判斷，便可以實(shí)現(xiàn)更多域?qū)捪碌腅CC運(yùn)算。所述點(diǎn)運(yùn)算層包括點(diǎn)乘運(yùn)算模塊和點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊，點(diǎn)乘運(yùn)算模塊的控制信號(hào)和521位數(shù)據(jù)總線分別和點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊相連，點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊的控制信號(hào)和521位數(shù)據(jù)總線和域運(yùn)算層相連。可采用控制信號(hào)傳輸運(yùn)算狀態(tài)機(jī)的控制信息，數(shù)據(jù)總線傳輸不同位寬的加密參數(shù)。所述域運(yùn)算層通過點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算的控制信號(hào)，分別完成素域GF (P)中的有限域加法、乘法、平方和求逆運(yùn)算。可設(shè)計(jì)為包括有限域乘法運(yùn)算模塊、有限域加法運(yùn)算模塊、有限域平方運(yùn)算模塊和有限域求逆運(yùn)算模塊。ECC曲線的參數(shù)、基點(diǎn)P的坐標(biāo)和大素?cái)?shù)P、密鑰通過32位數(shù)據(jù)總線輸入到存儲(chǔ)器中，在ECC加/解密控制單元的控制信號(hào)作用下，由數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊將這些數(shù)據(jù)并行輸送到內(nèi)部的寄存器組中；寄存器組中的位寬依據(jù)加密參數(shù)的位寬來選擇，用于存放運(yùn)算過程中所需的中間變量和運(yùn)算所需的ECC曲線參數(shù)。 如圖1所示，本專利技術(shù)的位寬可擴(kuò)展的ECC加密硬件結(jié)構(gòu)采用了四組寄存器組，分別存儲(chǔ)素域GF (192)、GF (224)、GF (384)和GF (521)的輸入?yún)?shù)。首先，域?qū)捒刂茊卧_辟一定域?qū)挼臄?shù)據(jù)給ECC加/解密控制單元，接著ECC加/解密控制單元將之前得到的數(shù)據(jù)分17個(gè)時(shí)鐘周期把數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊，每次串行輸入32位數(shù)據(jù)。ECC加/解密控制單元的控制總線用來控制數(shù)據(jù)按時(shí)鐘節(jié)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種參數(shù)位寬可擴(kuò)展的ECC加密硬件裝置，其特征在于：包括ECC加/解密控制層、點(diǎn)運(yùn)算層和域運(yùn)算層；所述ECC加/解密控制層包括域?qū)捒刂茊卧CC加/解密控制單元、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊和多組寄存器組，域?qū)捒刂茊卧目刂瓶偩€和ECC加/解密控制單元相連；ECC加/解密控制單元的一路控制信號(hào)和點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)乘運(yùn)算模塊相連，另有一根控制總線和數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊相連，32位數(shù)據(jù)總線和存儲(chǔ)器相連；存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊相連，數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊和多組寄存器組分別相連；多組寄存器組選擇其一輸出，輸出的寄存器組和點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)乘運(yùn)算模塊通過521位數(shù)據(jù)總線相連；所述點(diǎn)運(yùn)算層包括點(diǎn)乘運(yùn)算模塊和點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊，點(diǎn)乘運(yùn)算模塊的控制信號(hào)和521位數(shù)據(jù)總線分別和點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊相連，點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊的控制信號(hào)和521位數(shù)據(jù)總線和域運(yùn)算層相連；所述域運(yùn)算層包括有限域乘法運(yùn)算模塊、有限域加法運(yùn)算模塊、有限域平方運(yùn)算模塊和有限域求逆運(yùn)算模塊。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種參數(shù)位寬可擴(kuò)展的ECC加密硬件裝置，其特征在于包括ECC加/解密控制層、 點(diǎn)運(yùn)算層和域運(yùn)算層；所述ECC加/解密控制層包括域?qū)捒刂茊卧CC加/解密控制單元、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊和多組寄存器組，域?qū)捒刂茊卧目刂瓶偩€和ECC加/解密控制單元相連；ECC加 /解密控制單元的一路控制信號(hào)和點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)乘運(yùn)算模塊相連，另有一根控制總線和數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊相連，32位數(shù)據(jù)總線和存儲(chǔ)器相連；存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊相連， 數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換模塊和多組寄存器組分別相連；多組寄存器組選擇其一輸出，輸出的寄存器組和點(diǎn)運(yùn)算層中的點(diǎn)乘運(yùn)算模塊通過521位數(shù)據(jù)總線相連；所述點(diǎn)運(yùn)算層包括點(diǎn)乘運(yùn)算模塊和點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊，點(diǎn)乘運(yùn)算模塊的控制信號(hào)和 521位數(shù)據(jù)總線分別和點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊相連，點(diǎn)加和倍點(diǎn)運(yùn)算模塊的控制信號(hào)和521 位數(shù)據(jù)總線和域運(yùn)算層相連；所述域運(yùn)算層包括有限域乘法運(yùn)算模塊、有限域加法運(yùn)算模塊、有限域平方運(yùn)算模塊和有限域求逆運(yùn)算模塊。2.如權(quán)利要求1所述參數(shù)位寬可擴(kuò)展的ECC加密硬件裝置，其特征在于ECC曲線的...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：江先陽，周正，李彬，唐從學(xué)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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