Skip to main content
SUPERVISOR
Seyedmasoud Sayedi,Reza Rezaeian farashahi,Nader Karimi
سید مسعود سیدی (استاد راهنما) رضا رضائیان فراشاهی (استاد راهنما) نادر کریمی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Bahram Rashidi
بهرام رشیدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1391

TITLE

Hardware Design and Implementation of Main Components of Elliptic Curves Cryptosystems
In this thesis, hardware architectures of point multiplication based on Montgomery ladder algorithm for binary Weierstrass curves(BWCs), binary Edwards curves(BECs) and generalized binary Hessian curves(GBHCs) are presented. The BWCs is implemented in polynomial basis and Edwards and generalized Hessian curves are implemented in Gaussian normal basis(GNB). In the proposed architectures, point addition and point doubling areerformed iarallel by using pipelined digit-serial field multipliers. To maximize the performance of point multiplication for BWCs, a clock switch block is used to manage the clock signal so that the circuit operates at its maximum frequency at different steps of point multiplication algorithm. Also, in this work, an efficient VLSI implementation of point multiplication on BECs by using one multiplier, in 0.18?m CMOS technology is presented. To reduce the area of the circuit, the block of AND gates in the GNB multiplier are implemented by using NAND gates and based on the property of the XOR gates in the XOR tree. Also in the multiplier structure, to optimally decrease the delay, the logical effort method is employed as an ef?cient method for sizing the transistors. The results show that the proposed structures have better execution time and performance compared to previous designs. Key Words Elliptic curve cryptosystems, Point multiplication, Finite fields, Hardware implementation.
در پیاده سازی بهینه این سیستم ها فاکتورهای متعددی را می توان در نظر گرفت که از مهم ترین آنها، انتخاب نوع میدان متناهی که خم روی آن تعریف شده است، نوع مختصات استفاده شده که عمل جمع دو نقطه و دو برابر کردن یک نقطه از خم بر اساس آن انجام می شود و الگوریتمی که برای انجام ضرب نقطه ای (ضرب اسکالر) روی خم مورد استفاده قرار می گیرد می باشند. پیاده سازی خم های بیضوی از یک روند سلسله مراتبی پیروی می کند بطوری که لایه های بالای پیاده سازی تحت تاثیر عملکرد لایه های پایین قرار می گیرد. بر این اساس چگونگی پیاده سازی عملیات ریاضی میدان های متناهی که پایین ترین لایه پیاده سازی را تشکیل می دهند از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. فرایند پیاده سازی را می توان شامل سه مرحله اصلی دانست. مرحله اول شامل محاسبات ریاضی مربوط به عملیات پایه ای میدان مانند ضرب، جمع و معکوس گیری میدانی می باشد. در رساله حاضر در رابطه با عمل ضرب ، ساختارهای بیت-موازی و رقمی-سریال با پایه چندجمله ای بر اساس محاسبات موازی و مستقل توان‌های متغیر چندجمله‌ای ارائه شده است. همچنین در پایه نرمال گوسی یک ساختار رقمی-سریال نیز با ساختاری منظم و تاخیر مسیر بحرانی کم طراحی شده است. برای عمل مربع در پایه چندجمله ای از ساختار آرایه ای با هزینه سخت افزاری کم بطوری که عمل کاهش [1] در کل آرایه جاسازی شده است استفاده شده است. برای پیاده سازی عمل معکوس در پایه چندجمله ای از الگوریتم موثر Itoh-Tsujii استفاده شده است. این الگوریتم بر اساس بلوک های پیشنهادی با نام -بار مربع کردن با تاخیر مسیر بحرانی کم و استفاده از ضرب کننده ی رقمی-سریال پیشنهادی پیاده سازی شده است. همچنین در ساختار پیشنهادی معکوس کننده بمنظور کوتاه کردن مسیر بحرانی از تکنیک خط لوله در کل ساختار استفاده شده است. مرحله دوم طراحی شامل جمع و دو برابر کردن نقاط خم می باشد که در آن از مختصات Lopez-Dahab برای خم های باینری وایرشتراس و مختصات جمع تفاضلی برای خم های باینری ادواردز و هشیان کلی شده استفاده شده است و با زمان بندی واحدهای ضرب کننده مورد استفاده، دو عمل فوق به صورت موازی در تعداد سیکل ساعت مناسب انجام می شوند. در مرحله سوم، بر اساس یک الگوریتم مناسب، پیاده سازی عمل ضرب نقطه ای در خم های بیضوی باینری وایرشتراس، ادواردز و هشیان کلی شده انجام می گیرد. در این تحقیق الگوریتم نردبان مُنتگومری مورد استفاده قرار گرفته است. بر اساس ساختارهای ارائه شده برای اجزای سیستم های رمزنگاری خم های بیضوی شامل ضرب نقطه ای و واحدهای محاسباتی میدان های متناهی، بهبود به لحاظ زمانی و سخت افزاری انجام گرفته است. بر اساس نتایج بدست آمده از پیاده سازی، زمان انجام عمل ضرب نقطه ای خم های بیضوی باینری وایرشتراس بر روی Virtex-5 XC5VLX110 بترتیب برای میدان های GF(2 163 ) و GF(2 233 ) برابر 5.08?s و 6.84?s می باشد. همچنین این مقدار برای خم های باینری ادواردز و هشیان کلی شده روی میدان GF(2 233 ) بترتیب برابر 11.01?s و 11.03?s می باشد. در این تحقیق همچنین پیاده سازی واحد های ضرب کننده و مربع کننده بیت-موازی بر روی میدان های متناهی باینری با پایه چندجمله ای که دارای قابلیت تحمل پذیری خرابی می باشد ارائه شده است. همچنین برای ضرب کننده های با پایه نرمال بهینه، پایه نرمال گوسی و ضرب نقطه ای بر روی خم های باینری ادواردز بر اساس یک ضرب میدانی، با استفاده از تکنیک تلاش منطقی و نیز با ارائه ساختارهای پیشنهادی مناسب برای اجزای سازنده آنها پیاده سازی هایی با تاخیر زمانی کوتاه ارائه شده است. سطح مصرفی طرح لی اوت ضرب نقطه ای در تکنولوژی CMOS nm180 روی میدان GF(2 233 ) برابر 4.958mm 2 و زمان محاسبه هر ضرب نقطه ای برابر 118.6?s می باشد. کلمات کلیدی: رمزنگاری خمی های بیضوی - میدان های متناهی - پیاده سازی سخت افزاری - ضرب نقاط

ارتقاء امنیت وب با وف بومی