RSA加密算法及其IC设计方法研究

论文摘要

在当今的信息时代,信息是社会发展需要的战略资源。国际上围绕信息的获取、使用和控制的竞争愈演愈烈,信息安全成为维护国家安全和社会稳定的一个焦点,因此其成为信息领域的研究课题。作为信息安全的核心和基石,密码算法一直是国内外研究和讨论的热点问题。RSA密码体制是目前比较成熟的公钥密码体制,可以用于数据加解密、数字签名、身份认证等。RSA算法的核心运算是大整数模幂运算,而模幂运算是由一系列的模乘运算构成。模幂、模乘运算是RSA算法运算速度的瓶颈,它们的运算速度决定了RSA密码算法运算的效率。对RSA加密芯片优化主要有两方面:一是提高速度;二是减小面积。本文工作主要是对RSA加密算法进行研究并在优化面积的基础上进行IC设计。为了很好的解决RSA密码芯片的优化问题,本文深入研究了RSA密码算法,采用了从左到右的密钥扫描方式与Montgomery算法相结合的优化算法,提高了RSA算法的运算效率,特别是减少了资源占用,缩小了规模。在此基础上,设计了RSA密码芯片的总体方案和系统结构;阐述了RSA加密模块的详细设计方法并进行了仿真测试;仿真测试结果证明了本文所设计的RSA加密模块能够正确的实现RSA加/解密功能。本文设计的模块主要是减小规模,缩小面积,适用于便携式、移动式的加密设备,例如:移动式电脑加密机。创新之处:在优化加密算法基础上提出了一种低规模的RSA加密模块的体系结构设计方案;提出详细的电路设计方法。最终实现了1024位的RSA密码算法,并通过了软件的仿真与测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题的意义
• 1.3 课题的国内外研究现状
• 1.4 论文的研究内容和章节
• 2. RSA 算法硬件实现研究与分析
• 2.1 密码学发展史
• 2.1.1 对称密钥密码系统
• 2.1.2 非对称（公钥）密码系统
• 2.2 RSA 公钥系统
• 2.2.1 RSA 的数学基础
• 2.2.2 RSA 算法
• 2.2.3 信息交换
• 2.2.4 数字签名
• 2.2.5 RSA 安全性讨论
• 2.2.6 素数的产生
• 2.2.6.1 Lehmann 测试法
• 2.2.6.2 Rabin-Miller 测试
• 2.2.6.3 实际考虑
• 2.2.7 RSA 参数
• 2.3 RSA 硬件实现现状
• 2.3.1 RSA 模幂乘特点
• 2.3.2 RSA 模幂乘运算
• 2.3.3 RSA 模乘实现算法
• 2.3.3.1 Blakley 算法简介
• 2.3.3.2 Brickell 算法简介
• 2.3.3.3 Barrett 算法简介
• 2.3.3.4 Montgomery算法简介
• 2.3.4 RSA 密码算法硬件实现
• 3. 模幂乘算法优化
• 3.1 Montgomery 优化模乘算法
• 3.1.1 原始Montgomery 算法
• 3.1.2 免减Montgomery 算法
• 3.1.3 Montgomery 优化算法
• 3.2 基于R-L 扫描法的模幂算法
• 3.2.1 模乘算法改进
• 3.2.2 二进制位扫描法
• 3.2.3 基于R-L 扫描法的模幂算法
• 3.3 脉动阵列
• 3.3.1 脉动阵列的介绍
• 3.3.2 适合模乘运算的脉动阵列结构
• 3.4 基于L-R 扫描法的Montgomery 优化算法
• 3.4.1 免减基2 Montgomery 算法
• 3.4.2 基于L-R 扫描法的Montgomery 优化算法
• 4. RSA 加密模块的设计方法
• 4.1 RSA 系统总体设计
• 4.1.1 RSA 系统外部管脚示意图
• 4.1.2 RSA 系统外部管脚功能说明
• 4.1.3 RSA 系统结构框图
• 4.2 RSA 系统各模块设计
• 4.2.1 数据通径模块设计
• 4.2.2 系统控制模块设计
• 5. RSA 加密模块的实现与仿真
• 5.1 VerilogHDL 硬件描述语言
• 5.2 RSA 系统模块VerilogHDL 源代码实现
• 5.3 RSA 模块仿真图
• 5.4 测试验证
• 6. 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文