Design of ECC Scalar Multiplier based on a new Finite Field Division Algorithm

In this paper, we proposed a new scalar multiplier structure needed for an elliptic curve cryptosystem(ECC) over the standard basis in GF(2$^{163}$ ). It consists of a bit-serial multiplier and a divider with control logics, and the divider consumes most of the processing time. To speed up the division processing, we developed a new division algorithm based on the extended Euclid algorithm. Dynamic data dependency of the Euclid algorithm has been transformed to static and fixed data flow by a localization technique, to make it independent of the input and field polynomial. Compared to other existing scalar multipliers, the new scalar multiplier requires smaller gate counts with improved processor performance. It has been synthesized using Samsung 0.18 um CMOS technology, and the maximum operating frequency is estimated 250 MHz. The resulting performance is 148 kbps, that is, it takes 1.1 msec to process a 163-bit data frame. We assure that this performance is enough to be used for digital signature, encryption/decryption, and key exchanges in real time environments.

새로운 유한체 나눗셈기를 이용한 타원곡선암호(ECC) 스칼라 곱셈기의 설계

본 논문에서는 타원곡선 암호 시스템을 위한 스칼라 곱셈기를 유한체 GF(2$^{l63}$)상에서 구현하였다. 스칼라 곱셈기는 stand basis를 기반으로 비트-시리얼 곱셈기와 나눗셈기로 구성되어 있으며 이 가운데 가장 많은 시간을 필요로 하는 나눗셈의 효율적인 연산을 위해 확장 유클리드 알고리즘 기반의 새로운 나눗셈 알고리즘을 제안하였다. 기존의 나눗셈기들이 가변적인 데이터 종속성으로 인해 제어 모듈이 복잡해지며 처리 속도가 느린 것에 비해 새로이 제안하는 나눗셈 알고리즘은 입력신호의 크기에 독접 적인 2-bit의 제어 신호만을 필요로 하기 때문에 기존의 나눗셈기에 비하여 하드웨어 사이즈 및 처리 속도면에서 유리하다. 또한 제안하는 나눗셈기의 연산 모듈은 규칙적인 구조를 가지고 있어 입력 신호의 크기에 따라 확장이 용이하다. 새로운 스칼라 곱셈기는 삼성전자 0.18 um CMOS 공정으로 합성하였을 경우 60,000게이트의 하드웨어 사이즈를 가지며 최대 250MHz까지 동작이 가능하다. 이 때 데이터 처리속도는 148kbps로 163-bit 프레임당 1.1㎳ 걸린다. 이러한 성능은 디지털 서명, 암호화 및 복호화 그리고 키 교환 등에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 여겨진다.다.