A New Arithmetic Unit Over GF(2 ) for Low-Area Elliptic Curve Cryptographic Processor

This paper proposes a novel arithmetic unit over GF(2$^{m}$ ) for low-area elliptic curve cryptographic processor. The proposed arithmetic unit, which is linear feed back shift register (LFSR) architecture, is designed by using hardware sharing between the binary GCD algorithm and the most significant bit (MSB)-first multiplication scheme, and it can perform both division and multiplication in GF(2$^{m}$ ). In other word, the proposed architecture produce division results at a rate of one per 2m-1 clock cycles in division mode and multiplication results at a rate of one per m clock cycles in multiplication mode. Analysis shows that the computational delay time of the proposed architecture, for division, is less than previously proposed dividers with reduced transistor counts. In addition, since the proposed arithmetic unit does not restrict the choice of irreducible polynomials and has regularity and modularity, it provides a high flexibility and scalability with respect to the field size m. Therefore, the proposed novel architecture can be used for both division and multiplication circuit of elliptic curve cryptographic processor. Specially, it is well suited to low-area applications such as smart cards and hand held devices.

저 면적 타원곡선 암호프로세서를 위한 GF(2 )상의 새로운 산술 연산기

본 논문에서는 저 면적 타원곡선 암호프로세서를 위한 GF(2$^{m}$ )상의 새로운 산술 연산기를 제안한다. 제안된 연산기는 바이너리 확장 최대공약수 알고리즘과 MSB(Most Significant Bit) 우선 곱셈 알고리즘으로부터 하드웨어 공유를 통하여 LFSR(Linear Feed Back Shft Register)구조로 설계되었으며, 나눗셈 및 곱셈 모두를 수행 할 수 있다. 즉 나눗셈 모드에서 2m-1 클락 사이클 지연 후 나눗셈의 결과를 출력하며, 곱셈 모드에서 m 클락 사이클 지연 후 곱셈 결과를 각각 출력한다. 본 논문에서 제안된 연산기를 기존의 나눗셈기들과 비교 분석한 결과 적은 트랜지스터의 사용으로 계산 지연시간을 감소 시켰다. 또한 제안된 연산기는 기약다항식의 선택에 어떠한 제약도 두지 않을 뿐 아니라 매우 규칙적이고 묘듈화 하기 쉽기 때문에 필드 크기 m 에 대하여 높은 확장성 및 유연성을 제공한다 따라서, 본 연구에서 제안된 산술 연산기는 타원곡선 암호프로세서의 나눗셈 및 곱셈 연산기로 사용될 수 있다. 특히 스마트 카드나 무선통신기기와 같은 저 면적을 요구하는 응용들에 매우 적합하다.