基于AOP的多项式基GF(2^226)高速模逆运算器制造技术

本发明专利技术公开了基于AOP的多项式基GF(2^226)高速模逆运算器，包括主控模逆状态机、模幂运算单元、模乘法器和位宽转换模块。主控模逆状态机控制所有数据的流动，将模逆运算拆分成模乘运算和模幂运算。位宽转换模块在数据加载时将226bit数据最高位补零转换为227bit数据，在完成模逆运算后，将227bit数据转换为226bit数据后作为模逆运算结果输出。模乘法器在GF(2

A polynomial based GF (2^226) high speed module inverse operator based on AOP

The invention discloses a AOP based polynomial based GF (2^226) high speed modular inverse operator, which includes the main control mode inverse state machine, the module power operation unit, the module multiplier and the bit width conversion module. The main control mode inverse state machine controls all data flows, and divides the modular inverse operation into modular multiplication and modular exponentiation. When the data load is loaded, the 226bit data is converted to 227bit data when the data is loaded. After the model inverse operation is completed, the 227bit data is converted to the 226bit data as the result of the model inverse operation. The mode multiplier is in GF (2

【技术实现步骤摘要】
基于AOP的多项式基GF(2^226)高速模逆运算器
本专利技术属于数据加解密
，特别涉及了一种高速模逆运算器。
技术介绍
科技在发展，信息技术日益充斥着人类的生活，数据的保密性与正确性是网络信息稳定可靠的基础，因此保证安全的信息传输与存储对网络信息安全的研究依然是热点。密码学是一个很古老的学科，发展至今，密码学已然成为信息安全的核心。密码学中公钥密码体制得到了人类的广泛关注和认可，在公钥密码体制中，椭圆曲线密码体制比RSA等其他公钥密码体制更加节省资源且加解密效率更高，因此椭圆曲线密码学已成为当下密码学研究领域的热点。1985年，NealKoblitz和VictorMiller分别提出了椭圆曲线密码系统ECC，在ECC密码体制提出初期，它并不被认可，但经过长期不断地研究，人们发现ECC密码体制是当前已知的公钥密码体制中单位bit下提供加密强度最高的一种，它具有更高的抵御旁道攻击能力，更高的安全性，更快的计算速度，更小的存储空间以及更低的带宽要求等优点。二元域下的ECC系统更适合硬件实现，其运算通过重复使用底层的域运算单元来实现，因此底层域运算单元的执行效率极大程度地影响着ECC系统的性能，因此，针对底层域运算单元的改进和优化，可以在一定程度上提高ECC系统的性能。在ECC底层域运算系统中，模逆运算单元是整个运算单元中最耗费时间的模块，因此，提高模逆运算单元的处理速度是提升整个ECC系统的运行效率的关键所在。为了提高整个系统的性能，减少资源消耗，寻求更好的模逆模块的实现方式成为了研究关注的焦点，研究机构对于NIST推荐的几种位宽已经有了很广泛和深入的研究，所以有一些研究机构开始着眼于一类具有特殊类型约减多项式的位宽。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供基于AOP的多项式基GF(2^226)高速模逆运算器，通过增加模幂运算单元代替传统算法中重复的模平方运算单元，减少了模逆运算的时间消耗，解决现有模逆运算执行效率低的技术问题。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种基于AOP的多项式基GF(2226)高速模逆运算器，包括主控模逆状态机、模幂运算单元、模乘法器和位宽转换模块；所述主控模逆状态机控制所有数据的流动，将模逆运算拆分成模乘运算和模幂运算，通过使能信号来协调模乘法器与模幂运算单元的通信；所述位宽转换模块在数据加载时将226bit数据最高位补零转换为227bit数据，在完成模逆运算后，将227bit数据转换为226bit数据后作为模逆运算结果输出；所述模乘法器在GF(2227)下实现四次串行的227*57的模乘操作，得到227bit的模乘结果；所述模幂运算单元基于AOP型约减多项式特性设计，在GF(2227)下实现模平方、模23、模27、模214、模228、模256和模2112模幂操作。进一步地，所述主控模逆状态机包含12个状态：IDLE，LOAD，MUL1，MUL2，MUL3，MUL4，MUL5，MUL6，MUL6，MUL7，MUL8，MUL9，MUL10，并按照所列顺序循环执行，各状态描述如下：IDLE状态：此状态未空闲状态，所有寄存器值都是初始值0，实时监测模逆使能信号是否为高电平；LOAD状态：当监测到模逆使能信号为高电平，跳转到该状态；加载要进行模逆操作的数据；将输入的226bit数据进行位宽转换，最高位作补零操作，转换为227bit的数据；启动模乘法器模块；MUL1状态：进行第一次模乘操作；调用模平方操作并将结果存储；加载第二次模乘数据；MUL2状态：进行第二次模乘操作；调用模23模幂操作并将结果存储；加载第三次模乘数据；MUL3状态：进行第三次模乘操作；调用模平方操作并将结果存储；加载第四次模乘数据；MUL4状态：进行第四次模乘操作；调用模27模幂操作并将结果存储；加载第五次模乘数据；MUL5状态：进行第五次模乘操作；调用模214模幂操作并将结果存储；加载第六次模乘数据；MUL6状态：进行第六次模乘操作；调用模228模幂操作模块并将结果存储；加载第七次模乘数据；MUL7状态：进行第七次模乘操作；调用模256模幂操作并将结果存储；加载第八次模乘数据；MUL8状态：进行第八次模乘操作；调用模2112模幂操作并将结果存储；加载第九次模乘数据；MUL9状态：进行第九次模乘操作；调用模平方操作并将结果存储；加载第十次模乘数据；MUL10状态：进行第十次模乘操作；调用位宽转换模块，将模逆操作的结果进行位宽转换后存储。进一步地，当从MUL10状态跳转到IDLE状态时，会拉高模逆结果输出标志信号out_valid，为保证此信号只保持一个时钟周期，在IDLE状态将out_valid清零。进一步地，如果过程中出现了未知状态，直接跳转到IDLE状态。进一步地，位宽转换模块工作的具体过程如下：当输入数据位宽为226bit时，通过将最高位补零，将位宽扩展为227bit；在模逆运算结束后，位宽转换模块再次启动，若227bit操作后数据的最高位为0，直接取该227bit数据的低226bit作为位宽转换结果；若227bit操作后数据最高位为1时，将结果的最高位分别与其余低226bit进行异或操作得到的226bit数据作为位宽转换结果。进一步地，基于AOP型约减多项式特性的模平方操作如下：上式中，ai是指模幂操作前数据A的第i位，bi是指数据A经模幂操作后的数据B的第i位，n＝227。采用上述技术方案带来的有益效果：本专利技术在原有的费小马引理基础上设计模逆算法，将原来算法中的模平方与模乘的运算替换成模幂运算与模乘运算，用简单的换位操作代替重复的模平方操作，减少整个模逆运算的时钟周期，提高模逆运算的执行效率。附图说明图1是本专利技术整体框图；图2是主控模逆状态机的示意图；图3是主控模逆状态机操作流程图；图4是模乘法器结构框图。图5是模平方实现方法图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。基于AOP的多项式基GF(2226)高速模逆运算器，如图1所示，包括主控模逆状态机、模幂运算单元、模乘法器和位宽转换模块。所述主控模逆状态机控制所有数据的流动，将模逆运算拆分成模乘运算和模幂运算，通过使能信号来协调模乘法器与模幂运算单元的通信；所述位宽转换模块在数据加载时将226bit数据最高位补零转换为227bit数据，在完成模逆运算后，将227bit数据转换为226bit数据后作为模逆运算结果输出；所述模乘法器在GF(2227)下实现四次串行的227*57的模乘操作，得到227bit的模乘结果；所述模幂运算单元基于AOP型约减多项式特性设计，包含模平方模块、模23模块、模27模块、模214模块、模228模块、模256模块和模2112模块，在GF(2227)下实现模平方、模23、模27、模214、模228、模256和模2112模幂操作。位宽转换模块分为两部分，当输入数据位宽为226bit时，通过将最高位补零，将位宽扩展为227bit。在模逆运算结束后，位宽转换模块再次启动，若227bit操作后数据的最高位为0，直接取该227bit数据的低226bit作为转换结果；若227bit操作后数据最高位为1时，将结果的最高位分别与其余低226bit进行异或操作得到的226bit数据作为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于AOP的多项式基GF(2

【技术特征摘要】
1.一种基于AOP的多项式基GF(2226)高速模逆运算器，其特征在于：包括主控模逆状态机、模幂运算单元、模乘法器和位宽转换模块；所述主控模逆状态机控制所有数据的流动，将模逆运算拆分成模乘运算和模幂运算，通过使能信号来协调模乘法器与模幂运算单元的通信；所述位宽转换模块在数据加载时将226bit数据最高位补零转换为227bit数据，在完成模逆运算后，将227bit数据转换为226bit数据后作为模逆运算结果输出；所述模乘法器在GF(2227)下实现四次串行的227*57的模乘操作，得到227bit的模乘结果；所述模幂运算单元基于AOP型约减多项式特性设计，在GF(2227)下实现模平方、模23、模27、模214、模228、模256和模2112模幂操作。2.根据权利要求1所述基于AOP的多项式基GF(2226)高速模逆运算器，其特征在于，所述主控模逆状态机包含12个状态：IDLE，LOAD，MUL1，MUL2，MUL3，MUL4，MUL5，MUL6，MUL6，MUL7，MUL8，MUL9，MUL10，并按照所列顺序循环执行，各状态描述如下：IDLE状态：此状态未空闲状态，所有寄存器值都是初始值0，实时监测模逆使能信号是否为高电平；LOAD状态：当监测到模逆使能信号为高电平，跳转到该状态；加载要进行模逆操作的数据；将输入的226bit数据进行位宽转换，最高位作补零操作，转换为227bit的数据；启动模乘法器模块；MUL1状态：进行第一次模乘操作；调用模平方操作并将结果存储；加载第二次模乘数据；MUL2状态：进行第二次模乘操作；调用模23模幂操作并将结果存储；加载第三次模乘数据；MUL3状态：进行第三次模乘操作；调用模平方操作并将结果存储；加载第四次模乘数据；MUL4状态：进行第四次模乘操作；调用模27模幂操作并将结果存储；加载第五次模乘数据；MUL5状态：进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冰，秦祎繁，陶红，梅灵，赵霞，沈克强，刘勇，董乾，张林，王刚，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32