Implementation of RSA Exponentiator Based on Radix- Modular Multiplication Algorithm

In this paper, an implementation method of RSA exponentiator based on Radix-$2^k$ modular multiplication algorithm is presented and verified. We use Booth receding algorithm to implement Radix-$2^k$ modular multiplication and implement radix-16 modular multiplier using 2K-byte memory and CSA(carry-save adder) array - with two full adder and three half adder delays. For high speed final addition we use a reduced carry generation and propagation scheme called pseudo carry look-ahead adder. Furthermore, the optimum value of the radix is presented through the trade-off between the operating frequency and the throughput for given Silicon technology. We have verified 1,024-bit RSA processor using Altera FPGA EP2K1500E device and Samsung 0.3$\mu\textrm{m}$ technology. In case of the radix-16 modular multiplication algorithm, (n+4+1)/4 clock cycles are needed and the 1,024-bit modular exponentiation is performed in 5.38ms at 50MHz.

Radix- 모듈라 곱셈 알고리즘 기반의 RSA 지수승 연산기 설계

본 논문에서는 Radix-$2^k$ 모듈라 곱셈 알고리즘 기반의 고속 RSA 지수승 연산기의 구현 방법을 제시하고 검증하였다. Radix-$2^k$ 모듈라 곱셈 알고리즘을 구현하기 위해 Booth receding 연산 알고리즘을 사용하였으며 최대 radix-16 연산을 위해 2K-byte 메모리와 2개의 전가산기와 3개의 반가산기의 지연을 갖는 CSA(carry-save adder) 어레이를 사용하였다. CSA 어레이 출력인 캐리와 합을 고속으로 가산하기 위해 마지막 덧셈기로써 캐리 발생과 지연시간이 짧은 가상 캐리 예측 덧셈기(pseudo carry look-ahead adder)를 적용하였다. 또한, 주어진 공정에서 동작 주파수와 처리량의 관계를 통해 Radix-$2^k$에서 설계 가능한 radix 값을 제시하였다. Altera FPGA EP2K1500E를 사용하여 기능을 검증한 후 삼성 0.35$\mu\textrm{m}$ 공정을 사용하여 타이밍 시뮬레이션을 하였으며 radix-16 모듈라 곱셈 알고리즘을 사용할 경우 모듈라 곱셈에 (n+4+1)14 의 클럭을 사용하여 1,024-bit RSA를 처리하는데 50MHz에서 5.38ms의 연산 속도를 측정하였다.