Skip to main content
SUPERVISOR
Pejman Khadivi,Keyarash Bazargan,Mehdi Berenjkob
پژمان خدیوی (استاد مشاور) کیارش بازرگان (استاد راهنما) مهدی برنج کوب (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Ali Farmahini Farahani
محمدعلی فرمهینی فراهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

Efficient hardware implementation of point multiplication in elliptic curve digital signature
This thesis will present a novel solution for efficient hardware implementation of point multiplication in elliptic curve digital signature. In all three phases of signature including key pair generation, running signature and its verification, point multiplication on elliptic curve is the most time-consuming operation. So we will provide some solutions to optimize point multiplication which compose of two sub-operations, point addition and point doubling. Regarding fast implementation, we selected binary finite fields in comparison with prime fields. In these fields there is need to implement add, square, reduction, multiplication and inversion. Since inversion consumes much more time than the other operations, it is usual its alternation with other operations via converting coordinates from affine to projective one. Due to imposing fewer operations to the scheme, we use Lopez-Dahab projective coordinate. Thus scheme's bottleneck will simply be polynomial multiplication. We provide some solutions to accelerate the scheme without any needs to much more space. Used platform to implement the scheme is FPGA, Virtex2 XC2V2000 with a binary finite field of degree 163 proposed by NIST. Based on this selection, we have presented an efficient reduction of O(1). Proposed architecture for squaring has O(1) without any need to reduction after obtaining result. Add is another high consumption operation that is implemented of O(1). Finally regarding to space limitation, polynomial multiplication, as a main operation, is proposed of O(n) without any need to consequent reduction like squaring. Using these architectures, Lopez-Dahab projective coordinate and a NAF solution to reduce the number of bit 1 in polynomial strings, our proposed scheme can fulfill point multiplication in 65 micro seconds with a 195 MHz clock pulse. Keywords: Digital signature, hardware implementation, algorithm optimization, point multiplication, finite fields
این تحقیق برآن است تا یک راه مناسب برای پیاده سازی سریع سخت افزاری ضرب نقطه ای در امضای دیجیتال مبتنی بر خم های بیضوی ارائه نماید. در هر سه بخش تولید کلید، تولید امضا و وارسی امضا، تنها چالش محاسباتی عملیات رمزنگاری خم های بیضوی، ضرب نقطه ای بر روی خم بیضوی در گستره میدان های متناهی می باشد. از این رو این پایان نامه به ارائه راهکارهایی به منظور بهینه سازی ضرب نقطه ای می پردازد که خود از دو قسمت جمع و دوبرابر کردن نقطه ای تشکیل شده است. برای انجام دو عمل جمع و دوبرابر کردن نقطه ای، با توجه به اینکه بعضی عملیات ریاضی در میدان های متناهی دودویی سریعتر قابل پیاده سازی بوده است، این میدان ها انتخاب شده اند. در این میدان ها نیاز به اعمال جمع، مجذور، کاهش، ضرب و معکوس گیری می باشد. با عنایت به اینکه عمل معکوس گیری زمانگیرترین عمل ریاضی در میان اعمال ذکر شده می باشد، مطابق روال متعارف بر آن شدیم تا به نحوی آن را با اعمال دیگر جایگزین کنیم که این مهم با تغییر مختصات به مختصات تصویری امکانپذیر است. در این تحقیق از مدل مختصات تصویری لوپز-دهاب استفاده می شود، زیرا در ازای برطرف کردن نیاز به عمل معکوس گیری، این روش کمترین تعداد ضرب چندجمله ای را به سیستم تحمیل می کند. بنابراین دیگر گلوگاه سیستم ضرب چندجمله ای می باشد که با ارائه راه حل های پیشنهادی سعی می شود بدون مصرف زیاد فضا، سرعت افزایش یابد. شایان ذکر است که پیاده سازی های این تحقیق روی تراشه ی FPGA، مدل Virtex2 xc2v2000 سنتز شده است. در این تحقیق میدان متناهی دودویی از مرتبه 163 برگزیده شده است. بر اساس این انتخاب عملیات کاهش بهینه و از O(1) ارائه شده است. معماری پیشنهادی برای مجذورگیری نیز از مرتبه زمانی O(1) می باشد و در ضمن عمل کاهش که در ادامه مجذورگیری مورد نیاز است را نیز مرتفع کرده است. عمل جمع نیز یکی از اعمال پرکاربرد بوده که آن نیز از مرتبه زمانی O(1) ارائه شده است. در نهایت مهمترین واحد عملیاتی یعنی ضرب چندجمله ای با عنایت به محدودیت فضایی، از مرتبه زمانی O(n) طراحی شده و در نهایت خود واحد، نتیجه کاهش یافته را ارائه می نماید. در ادامه ی استفاده از این معماری ها و همچنین استفاده از مختصات تصویری و نیز کاستن تعداد یک های کلید خصوصی به وسیله روش NAF معماری پیشنهادی ما عمل ضرب نقطه ای را تقریبا در 65 میکروثانیه انجام خواهد داد. کلمات کلیدی: 1- امضای دیجیتال 2-پیاده سازی سخت افزاری 3-بهینه سازی الگوریتم 4-ضرب نقطه ای 5- میدان های متناهی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی