一种基于改进的Montgomery模乘算法的可扩展模乘器电路的制作方法
【专利摘要】本发明属于高性能公钥密码学集成电路设计【技术领域】，具体为一种基于改进的Montgomery模乘算法的可扩展模乘器电路。本发明通过引入一个额外的参数，使得Montgomery域的数据位宽相比原来得以减小，从而减小整个系统的硬件开销。本发明还基于上述算法，设计了一个高性能可扩展乘法器电路。其主要由时序控制器、部分积产生电路、进位保存加法器压缩树电路、部分积反馈电路、模乘器扩展相关电路和时序控制器构成；其使得较大位宽的模乘可以通过多个模乘器联合起来实现，计算延时降低，扩展性能良好，模乘效率显著提高。
【专利说明】—种基于改进的Montgomery模乘算法的可扩展模乘器电路
【技术领域】
[0001]本发明属于公钥密码学集成电路设计【技术领域】，具体涉及一种基于改进的商流水Montgomery模乘算法的可扩展模乘器电路结构。
【背景技术】
[0002]近些年来，随着计算机技术与互联网技术的不断发展，云计算的时代正在悄悄来临。随着云计算技术的不断深入，如何保障用户的数据安全与隐私，成为了一个重要的挑战。高安全的数据加密与身份验证是云计算发展的必然。无论是对于数据加密还是身份验证，公钥密码学，由于其非对称加密特性，使得其在这些应用中扮演了重要的角色。模乘是公钥密码学中最为核心的运算。如何进行高性能的模乘器设计，是解决云计算的相关挑战的重要技术基础。
[0003]随着物联网、移动互联网、无线通信应用技术的不断发展，无线接入设备越来越多，对于无线接入点的接入认证任务也越来越重。由其对于移动多媒体流应用，频繁的切换接入点会带来较差的用户体验。如何解决低延时的接入认证，是解决上述问题的基础。目前的接入认证主要也是基于公钥密码学，所以低延时的模乘器设计成为了解决挑战的关键技术。
[0004]随着密码攻击与破解技术的不断提升，较小的秘钥宽度已经很难保证加密后的数据具有足够的安全性。随 着秘钥宽度的不断增加，带来了计算量的大幅提升。在安全性增加的同时，为了实现可以接受的运算时间，高性能的模乘器设计是首先需要考虑的。与此同时，为了满足不同的安全性需求,加密协议中的位宽往往是可以变化的，如ECC-256、ECC-521、RSA-1024、RSA-2048等。为了满足不同协议的需求，可扩展的模乘器设计是技术关键。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于改进的商流水Montgomery模乘算法及基于该算法的高性能可扩展的电路,其有助于解决当前云计算、移动无线接入等【技术领域】面临的挑战。
[0006]本发明首先对原有的商流水Montgomery模乘算法进行改进，提出了一种可以减小Montgomery域数据位宽的改进的算法。所述改进的Montgomery模乘算法基于原始商流水Montgomery模乘算法增加了一个用于运算的参数f/,,该参数通过下面方法获得:
【权利要求】
1.一种基于改进的Montgomery模乘算法的可扩展模乘器电路,其特征在于: 其主要由部分积产生电路、第一级PCSA压缩树、第二级PCSA压缩树、部分积反馈电路、模乘器扩展相关电路和时序控制器构成；其中: 所述部分积产生电路由若干个单个部分积产生电路构成，其在时序控制器的控制信号下，根据寄存器B、寄存器B+M2、寄存器M2、寄存器M1、以及寄存器A和寄存器Q的输出，产生相应的操作数高半部分或者低半部分的的部分积并送给第一级PCSA压缩树的输入端；所述第一级PCSA压缩树在时序控制器产生的控制信号控制下对部分积产生电路所产生的部分积进行压缩，并将压缩后的结果送到流水线寄存器进行寄存； 所述第二级PCSA压缩树在时序控制器产生的控制信号控制下，对寄存后的部分积、部分积反馈电路产生的部分积、以及加法器产生的进位信号进行压缩，并把压缩后的结果送到相应的结果寄存器进行保存； 所述部分积反馈电路根据结果寄存器以及扩展信号中的S值输入在时序控制器的控制下产生用于反馈的部分积，并把其送到第二级PCSA压缩树的输入端； 所述模乘器扩展相关电路包括引出的数据线接口、部分积反馈电路中的部分逻辑、以及加法器和复用器；用于扩展的S值输入直接接入到部分积反馈电路模块，经过寄存器寄存后送给复用器；加法器对结果寄存器中的低部分比特进行累加实现Q值的计算，其进位值送给第二级PCSA压缩树，其输出直接引出作为用于扩展的S值输出信号；加法器的输出经过寄存器Q’寄存后作为用于扩展的Q值输出；外部输入的用于扩展的Q值和寄存器Q’的值通过复用器进行选择并送给寄存器Q进行寄存；作为部分积产生电路的输入信号。
2.根据权利要求1所述的基于改进的Montgomery模乘算法的可扩展模乘器电路，其特征在于:所述第一级和第二级PCSA压缩树由若干个流水线进位保存加法器经过一定的树状连接构成；流水线进位保存加法器主要由[N/2]+l比特的进位保存加法器和一个进位寄存器构成；[N/2]+l比特的进位保存加法器的输入为三个操作数的高半部分或者低半部分数据；[N/2]+l比特的进位保存加法器的进位输出CH/Q的最高位，Cmsb经过一个一比特的寄存器进行寄存；寄存后的Cmsb拼接到Ch/Q信号的最低位用作PCSA的Ch/Q输出，对于进位保存加法器的SH/\的输出直接作为PCSA的Ch/Q输出。
3.根据权利要求1或2所述的基于改进的Montgomery模乘算法的可扩展模乘器电路，其特征在于，所述改进的Montgomery模乘算法基于原始商流水Montgomery模乘算法增加了一个用于运算的参数,该参数通过下面方法获得:
【文档编号】G06F7/72GK103914277SQ201410145671
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月14日 优先权日:2014年4月14日
【发明者】韩军, 窦仁峰, 曾凌云, 曾晓洋 申请人:复旦大学