低开销三进制域Eta双线性对硬件加速器

基于身份标识的加密(Identity-Based Encryption, IBE)在物联网领域有很高的潜在应用价值,双线性对运算是其中的关键运算. 本文针对物联网需求设计了一种低开销的双线性对硬件加速器. 它选择了低开销的超奇异椭圆曲线上的三进制域eta对. 该设计将Miller算法与幂运算分为两个硬件部分, 流水线执行, 增加了电路的吞吐率. Miller算法硬件实现中通过将Miller循环中的 ${\rm GF}\left(3^{6m}\right)$上的稀疏乘法与立方结合并重新调度和优化, 减少中间值相关的开销. 优化后的方案, 具有更简单的运算单元, 减少了寄存器的使用和存储器的读写....

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Bibliographic Details
Published inJournal of Cryptologic Research Vol. 8; no. 3; p. 376
Main Author 李翔宇
Format Journal Article
LanguageChinese
Published Beijing Chinese Association for Cryptologic Research, Journal of Cryptologic Research 25.06.2021
Subjects
Algorithms
Application specific integrated circuits
Arithmetic and logic units
Curves
Flow control
Hardware
Internet of Things
Low cost
Modular design
Multiplication
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ISSN2097-4116
DOI10.13868/j.cnki.jcr.000445

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Summary:基于身份标识的加密(Identity-Based Encryption, IBE)在物联网领域有很高的潜在应用价值,双线性对运算是其中的关键运算. 本文针对物联网需求设计了一种低开销的双线性对硬件加速器. 它选择了低开销的超奇异椭圆曲线上的三进制域eta对. 该设计将Miller算法与幂运算分为两个硬件部分, 流水线执行, 增加了电路的吞吐率. Miller算法硬件实现中通过将Miller循环中的 ${\rm GF}\left(3^{6m}\right)$上的稀疏乘法与立方结合并重新调度和优化, 减少中间值相关的开销. 优化后的方案, 具有更简单的运算单元, 减少了寄存器的使用和存储器的读写. 核心模乘运算采用了最高位优先的字串行结构. 考虑到电路的规模较大, 控制较复杂, 采用了微码控制的方式进行实现. 本文选取定义在 ${\rm GF}\left(3^{97}\right)$上的椭圆曲线上的eta对进行了ASIC实现, 在90 nm工艺下, 版图面积 $650 \times 650\,\mu{\rm m}^2$, 计算时间为16.7 $\mu$s, 面积延时积比现有eta对ASIC实现减小了38.8%.
Bibliography:ObjectType-Article-1
SourceType-Scholarly Journals-1
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ISSN:2097-4116
DOI:10.13868/j.cnki.jcr.000445