基于FPGA的ECC加解密算法研究及設計.pdf

1、目前商界廣泛使用的加密技術是基于大整數(shù)因子分解難題的RSA(Rivest ShamirAdleman)公鑰密碼技術。由于存在亞指數(shù)攻擊，隨著計算機計算能力的增強，RSA只能通過增加密鑰長度來提高加密強度。橢圓曲線密碼體系(ECC，Elliptic CurveCryptosystem)是一種基于橢圓曲線群上的新的公鑰密碼體系，最新研究表明密鑰長度為220比特的ECC加密強度比密鑰長度為2048比特的RSA加密強度高。ECC是基于橢圓曲線離

2、散對數(shù)難題，與大整數(shù)因子分解難題(RSA)相比，ECC具有密鑰更短、安全性更高、運算速度更快和所需存儲空間更少等優(yōu)勢。軟件和硬件都可以實現(xiàn)ECC密碼算法，其中軟件實現(xiàn)的加密速度和安全級別難以滿足信息安全的要求，硬件實現(xiàn)的加密速度和安全級別明顯高于軟件，能夠滿足信息安全的要求，但是其實現(xiàn)成本高。
　　本課題采用軟硬件協(xié)同設計方式，設計實現(xiàn)ECC加解密算法。論文選擇有限素數(shù)域上的橢圓曲線作為研究對象，首先結合軟硬件設計的特點分析ECC

3、加解密算法，合理劃分軟硬件模塊。然后重點研究硬件模塊用到的算法，先從理論上對其進行改進，再結合所選FPGA器件提供的硬件資源，設計出速度和面積平衡的硬件電路。點乘運算的性能決定了ECC加解密算法的性能，本文深入分析了常用的幾種點乘算法后，提出了一種點乘并行運算算法，該算法支持點加和倍點同時運算。經(jīng)過深入研究Jacobian射影坐標系下點加算法和倍點算法的數(shù)據(jù)流特點后，分別設計了一種點加并行運算算法和倍點并行運算算法，該算法支持模乘和模加

4、/減同時運算?；诟倪M后算法設計的點乘模塊，完成一次密鑰長度為256bit的點乘運算需要138612個時鐘周期，在已查閱文獻中本文設計實現(xiàn)的點乘模塊運算時鐘節(jié)拍數(shù)最少。
　　最后通過Signal TapⅡ邏輯分析儀完成FPGA硬件電路的板級測試，從而驗證本文設計的FPGA硬件電路的功能是否正確。通過上位機測試程序，完成ECC加解密算法的功能測試、性能測試和可靠性測試。測試結果表明:本文設計實現(xiàn)的ECC加解密算法功能正確，能夠長時間