龙芯平台下sm2算法中进位加法和借位减法的实现方法

本发明属于计算机性能，尤其涉及龙芯平台下sm2算法中进位加法和借位减法的实现方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、为满足公钥密码安全需求，sm2椭圆曲线标准的数字签名算法得到广泛应用，极大提升密码工作的科学化、规范化、法治化水平，有力促进密码技术进步、产业发展和规范应用，作为密码系列标准的重要组成部分，sm2的研究将进一步引起学术及工程领域的重视。

3、2020年，龙芯中科基于二十年的cpu研制和生态建设积累推出了龙架构(loongarch)，包括基础架构部分和向量指令、虚拟化、二进制翻译等扩展部分，近2000条指令，龙架构具有较好的自主性、先进性与兼容性，指令系统是软件生态的起点，只有从指令系统的根源上实现自主，才能打破软件生态发展受制于人的锁链，龙架构可以提供自主、安全、可靠的处理器；sm2算法的高效实现可以用于保护通信的机密性和数据完整性；这对于敏感数据的加密和传输至关重要，尤其是在金融、电子政务和医疗领域；总之，在龙架构下高效实现sm2算法对于国内信息安全和技术自主性都具有重要的意义。

4、在龙架构中sm2算法的高效实现的过程中，存在大量的数据运算，比如模加模减等操作，然而在龙架构中，并不能处理溢出，例如add指令中，参与运算的两寄存器相加之后的结果保存在结果寄存器中，但是没有寄存器用来表明数据是否溢出；在常规的溢出处理方案中，存在一定的问题：

5、1)64位寄存器当做32位，寄存器更高位作为进位，这种方案存在的问题是会花费更多的指令和寄存器空间，导致更多的内存读写，算法效率下降。

6、2)将其中两个操作数与结果进行比较，源操作数小于结果则进位为0，源操作数大于结果则进位为1；这种方案无法区别源操作数为0xffffffffffffffff、进位为1和源操作数为0x000000000000000、进位为0的情况，导致结果出错。

7、因此，在龙芯平台下sm2算法中，依然无法高效处理进位加法和借位减法的溢出问题，导致sm2算法运算的效率不高。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了龙芯平台下sm2算法中进位加法和借位减法的实现方法，提出了一种新的进位和借位的计算公式，进而对进位加法和借位减法进行改进，从而高效解决进位加法和借位减法的溢出问题，提高运算的效率，改善龙芯平台下sm2算法的性能。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了龙芯平台下sm2算法中进位加法的实现方法。

4、龙芯平台下sm2算法中进位加法的实现方法，包括：

5、获取龙芯平台下sm2算法中待进行加法的两个操作数，并将其转为二进制表示，分别存储到寄存器中；

6、按照最低位到最高位的顺序，进行对应位置的二进制加法运算，输出运算结果及最高位的进位；

7、其中，所述进位的公式为：

8、di＝(！ei)&(fi+gi)，

9、di表示第i位的进位，ei、fi、gi分别表示ai<ci、bi是否等于0、前一位进位的取值，ai、bi分别表示第一操作数和第二操作数的第i位，ci表示第i位相加的运算结果。

10、进一步的，所述龙芯平台下sm2算法中，所述操作数为256位，所述寄存器的存储容量为64位；

11、所述分别存储到寄存器中，是用4个64位寄存器保存256位的操作数，具体为：

12、根据寄存器的存储容量，对二进制表示的操作数进行段划分；

13、将每段二进制位存到不同的寄存器中。

14、进一步的，所述将每段二进制位存到不同的寄存器中，具体为：

15、寄存器存储第一个操作数a的最低位a0，寄存器存储第一个操作数a的最高位an；

16、寄存器存储第二个操作数b的最低位b0，寄存器存储第二个操作数b的最高位nn。

17、进一步的，所述进行对应位置的二进制加法运算，具体为：

18、ci＝ai+bi+di-1，

19、其中，ai、bi分别表示第一操作数和第二操作数的第i位，ci表示第i位相加的运算结果，di-1表示第i-1位的进位。

20、进一步的，还包括模加，具体为：

21、在得到最终的运算结果及最高位的进位后，依据最高位的进位，判断是否溢出，溢出则进行取模操作，输出操作结果。

22、本发明第二方面提供了龙芯平台下sm2算法中借位减法的实现方法。

23、龙芯平台下sm2算法中借位减法的实现方法，包括：

24、获取龙芯平台下sm2算法中待进行减法的两个操作数，并将其转为二进制表示，分别存储到寄存器中；

25、按照最低位到最高位的顺序，进行对应位置的二进制减法运算，输出运算结果及最高位的借位；

26、其中，所述借位的公式为：

27、di＝(！ei)&(fi+gi)，

28、di表示第i位的借位，ei、fi、gi分别表示ai>ci、bi是否等于0、前一位借位的取值，ai、bi分别表示第一操作数和第二操作数的第i位，ci表示第i位相减的运算结果。

29、进一步的，所述进行对应位置的二进制减法运算，具体为：

30、ci＝ai-bi-di-1，

31、其中，ai、bi分别表示第一操作数和第二操作数的第i位，ci表示第i位相减的运算结果，di-1表示第i-1位的借位。

32、进一步的，还包括模减，具体为：

33、在得到最终的运算结果及最高位的借位后，依据最高位的借位，判断是否溢出，溢出则进行取模操作，输出操作结果。

34、本发明第三方面提供了龙芯平台下sm2算法中进位加法器。

35、龙芯平台下sm2算法中进位加法器，包括存储模块和运算模块：

36、存储模块，被配置为：获取龙芯平台下sm2算法中待进行加法的两个操作数，并将其转为二进制表示，分别存储到寄存器中；

37、运算模块，被配置为：按照最低位到最高位的顺序，进行对应位置的二进制加法运算，输出运算结果及最高位的进位；

38、其中，所述进位的公式为：

39、di＝(！ei)&(fi+gi)，

40、di表示第i位的进位，ei、fi、gi分别表示ai<ci、bi是否等于0、前一位进位的取值，ai、bi分别表示第一操作数和第二操作数的第i位，ci表示第i位相加的运算结果。

41、本发明第四方面提供了龙芯平台下sm2算法中借位减法器。

42、龙芯平台下sm2算法中借位减法器，包括存储模块和运算模块：

43、存储模块，被配置为：获取龙芯平台下sm2算法中待进行减法的两个操作数，并将其转为二进制表示，分别存储到寄存器中；

44、运算模块，被配置为：按照最低位到最高位的顺序，进行对应位置的二进制减法运算，输出运算结果及最高位的借位；

45、其中，所述借位的公式为：

46、di＝(！ei)&(fi+gi)，

47、di表示第i位的借位，ei、fi、gi分别表示ai>ci、bi是否等于0、前一位借位的取值，ai、bi分别表示第一操作数和第二操作数的第i位，ci表示第i位相减的运算结果。

48、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

49、本发明提出了一种新的进位和借位的计算公式，并基于进位和借位的计算公式，对进位加法和借位减法进行改进，同时支持模加和模减，从而高效解决进位加法和借位减法的溢出问题，提高运算的效率，改善龙芯平台下sm2算法的性能。

50、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。