High Speed Modular Multiplication Algorithm for RSA Cryptosystem

This paper presents a novel radix-4 modular multiplication algorithm based on the sign estimation technique (3). The sign estimation technique detects the sign of a number represented in the form of a carry-sum pair. It can be implemented with 5-bit carry look-ahead adder. The hardware speed of the cryptosystem is dependent on the performance modular multiplication of large numbers. Our algorithm requires only (n/2+3) clock cycle for n bit modulus in performing modular multiplication. Our algorithm out-performs existing algorithm in terms of required clock cycles by a half, It is efficient for modular exponentiation with large modulus used in RSA cryptosystem. Also, we use high-speed adder (7) instead of CPA (Carry Propagation Adder) for modular multiplication hardware performance in fecal stage of CSA (Carry Save Adder) output. We apply RL (Right-and-Left) binary method for modular exponentiation because the number of clock cycles required to complete the modular exponentiation takes n cycles. Thus, One 1024-bit RSA operation can be done after n(n/2+3) clock cycles.

RSA 암호 시스템을 위한 고속 모듈라 곱셈 알고리즘

본 논문에서는 sign estimation technique (3)을 기초로 한 radix-4 모듈라 곱셈 알고리즘을 제안한다. Sign estimation technique은 carry와 sum의 형태로 표현되는 수에서 부호를 알아내는 것이다. 이 방법은 5비트 carry look-ahead adder로 구현이 가능하다. RSA와 같은 암호화 시스템에서는 모듈라 곱셈이 하드웨어의 성능을 좌우한다. 제안한 알고리즘은 modulus가 n 비트인 경우, 모듈라 곱셈 수행시 일반적인 알고리즘의 약 반 클럭 (n/2+3) 사이클만 필요하다. 그래서 매우 큰수의 modulus 사용하는 RSA 암호시스템에서 모듈라 멱승 연산에 매우 효율적이다. 또한 모듈라 곱셈의 하드웨어 성능을 향상하기 위해, CSA (Carry Save Adder)의 맨 마지막 출력에 사용되는 CPA (Carry Propagation Adder) 대신 고속 덧셈기(7)를 사용하였다. 모듈라 멱승 계산이 n 클럭이 소요되는 RL binary 방법을 적용하여 1024 비트 데이터를 RSA 암호화하는데 n(n/2+3) 클럭 사이클만 소요된다.