面向椭圆曲线密码算法的可配置处理器研究与设计

摘要

随着计算机和互联网的飞速发展和广泛应用，信息安全越来越受到关注。椭圆曲线密码体制(ECC)作为一种新兴的公钥密码体制，具有密钥短、处理速度快、数据传输带宽低、安全性高的优点，有着良好的应用前景。本文研究并实现了一种基于传输触发架构(TTA)的可配置的ECC处理器，相比较于传统的专用集成电路、FPGA、通用处理器等实现方式，该处理器可以在速度和面积上获得较好的折衷，更好地符合了现实需求。
　　 本文首先对ECC的核心运算标量乘算法进行了分析和优化，包括曲线点的坐标表示、点加和倍点运算的数据流规划以及模乘算法的优化实现等。然后结合TTA软硬件结构的特点，定制了ECC处理器的整体架构，包括指令格式、流水线、控制通路、数据通路和各个功能单元。其中功能单元作为处理器的核心运算模块，直接决定了处理器的整体性能，因此本文也针对具体的ECC算法，设计了不同的功能单元，主要有模乘预计算单元、模乘加速单元、模加模减单元、算术逻辑功能单元、数据存取单元以及跳转单元，它们都将在一定程度上提升标量乘的处理速度。
　　 ECC处理器硬件验证时，本文在验证各个模块功能正确的基础上，通过编写应用程序进行仿真测试并与C模型进行比较，结果表明处理器能够正确完成标量乘功能。最后对ECC处理器进行综合，结果显示处理器所占面积为9万门，可运行在105MHz的时钟频率下，并能够在1秒内完成427次标量乘运算，相比较于传统的实现方式，本文提出的ECC处理器在整体性能上要更好。