基于ESL與SM2算法的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著電子商務(wù)、移動(dòng)支付、智能終端等相關(guān)產(chǎn)品與服務(wù)越來越多，人們的生活在得到改善的同時(shí)，也存在許多安全隱患，例如非法入侵、竊聽、網(wǎng)絡(luò)詐騙等，嚴(yán)重威脅到用戶的隱私，因此，符合要求的加密算法的提出與發(fā)展越來越迫切。目前，基于RSA算法與橢圓曲線算法(Elliptic Curve Algorithm，ECC)的嵌入式加密芯片已經(jīng)得到深入研究與廣泛應(yīng)用，特別對(duì)于橢圓曲線公鑰算法，由于具有密鑰短、計(jì)算速度快、安全度高等優(yōu)點(diǎn)，已漸漸取代 RSA算法。

2、SM2（ShangMi2）算法是由我國自主研發(fā)的基于ECC算法改進(jìn)的一種算法，由于是國產(chǎn)算法，其安全性更高。目前已有大量加密芯片廠商提供基于SM2算法的嵌入式加密芯片，在加解密應(yīng)用、數(shù)字簽名與驗(yàn)證、密鑰交換等方面應(yīng)用廣泛。由于SM2算法復(fù)雜度高、執(zhí)行周期長，以及密碼類嵌入式系統(tǒng)對(duì)性能開銷要求嚴(yán)格，使得基于該算法的SoC（System on Chip，SoC）系統(tǒng)需要在設(shè)計(jì)初期對(duì)算法模塊進(jìn)行軟硬件劃分，根據(jù)不同需求選擇合適的架構(gòu)以平衡性能

3、和資源。
　　本文針對(duì)現(xiàn)有的橢圓曲線算法系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)中開發(fā)周期長、以及不同模塊的性能開銷指標(biāo)不明確等問題，提出一種基于電子系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)的軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)方法。該方法通過分析SM2算法原理與實(shí)現(xiàn)方式，研究了不同的軟硬件劃分方案，并采用統(tǒng)一建模語言SystemC對(duì)硬件模塊進(jìn)行周期精確級(jí)建模。通過模塊級(jí)與系統(tǒng)級(jí)兩層驗(yàn)證比較軟硬件模塊執(zhí)行周期數(shù)，得出最佳性能劃分方式。最后結(jié)合算法控制流程圖（Control Flow Graph，CFG）與數(shù)據(jù)流

4、程圖（Data Flow Graph，DFG）將ESL(Electronic System Level)模型轉(zhuǎn)化為寄存器傳輸級(jí)模型進(jìn)行邏輯綜合與比較，得出在180nm CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductors）工藝，50MHz頻率下，當(dāng)算法性能達(dá)到最佳時(shí)，點(diǎn)乘模塊執(zhí)行時(shí)間為20ms，門數(shù)83000，功耗約2.23mw。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所提系統(tǒng)級(jí)架構(gòu)分析對(duì)基于橢圓曲線類加密芯片在性能、面積與功