基于FPGA的RSA加密芯片的设计与实现

论文摘要

RSA密码体制是目前比较成熟的公钥密码体制。它广泛应用于各种安全和认证领域。RSA密码体制的核心算法是模幂算法,模幂算法由一系列的模乘构成。在对RSA密码体制仔细研究的前提下,对其予以FPGA实现。具体设计采用改进的蒙哥马利模乘算法,并只设计一个蒙哥马利模乘器对R-L模式模幂算法予以串行实现。为消除蒙哥马利模乘所引入的参数对模幂结果的影响,在模幂的初始化阶段进行蒙哥马利剩余域的转换,用于该转换的常量由SRT除法计算。根据所选的算法,分析RSA加密算法的数据处理流程,设计RSA加密芯片的数据通路和控制器。数据通路包括存储输入和运算中间结果的移位寄存器以及进行数据路由选择的多路选择器,其核心部件是蒙哥马利模乘器和SRT除法器。控制器的设计与RSA数据处理流程和数据通路紧密相关。整个流程大致是线性的,局部有并发的进程。根据这种特点,控制器采用多重有限状态机模型,主状态机控制整个处理流程,次级状态机控制局部并发的进程。最后对1024位的RSA加密芯片进行功能仿真,在软件上进行综合的结果显示芯片的最高主频为13.5MHz,加密速率平均8次/秒。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景、目的及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.3 主要研究工作
• 1.4 论文内容安排
• 2 RSA 加密及其硬件设计基础
• 2.1 公钥密码体制研究现状
• 2.2 RSA 密码体制
• 2.3 模幂算法
• 2.4 模乘算法
• 2.5 FPGA 设计流程
• 2.6 本章小结
• 3 RSA 加密芯片数据通路设计
• 3.1 RSA 加密芯片数据通路总体设计
• 3.2 移位寄存器
• 3.3 蒙哥马利模乘器
• 3.4 SRT 除法器
• 3.5 多路选择器
• 3.6 本章小结
• 4 RSA 加密芯片的控制器设计
• 4.1 RSA 加密芯片数据处理流程
• 4.2 RSA 加密芯片控制器的总体设计
• 4.3 RSA 加密芯片接口
• 4.4 本章小结
• 5 RSA 加密芯片的仿真与性能分析
• 5.1 RSA 加密芯片的仿真
• 5.2 RSA 加密芯片的性能分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献