Design of an Efficient Bit-Parallel Multiplier using Trinomials

Recently efficient implementation of finite field operation has received a lot of attention. Among the GF($2^m$) arithmetic operations, multiplication process is the most basic and a critical operation that determines speed-up hardware. We propose a hardware architecture using Mastrovito method to reduce processing time. Existing Mastrovito multipliers using the special generating trinomial p($\chi$)=$x^m$+$x^n$+1 require $m^2$-1 XOR gates and $m^2$ AND gates. The proposed multiplier needs $m^2$ AND gates and $m^2$＋($n^2$-3n)/2 XOR gates that depend on the intermediate term xn. Time complexity of existing multipliers is $T_A$+( (m-2)/(m-n) +1+ log$_2$(m) ) $T_X$ and that of proposed method is $T_X$＋(1＋ log$_2$(m-1)＋ n/2 ) )$T_X$. The proposed architecture is efficient for the extension degree m suggested as standards: SEC2, ANSI X9.63. In average, XOR space complexity is increased to 1.18% but time complexity is reduced 9.036%.

삼항 다항식을 이용한 효율적인 비트-병렬 구조의 곱셈기

최근 빠른 하드웨어의 구현은 속도의 효율성을 중시하는 환경에서 큰 관심의 대상이 되고 있다. 유한체 연산기는 연산과정이 복잡한 곱셈 연산에 의해 속도가 결정된다. 연산 수행 속도를 빠르게 개선하기 위해 본 논문에서는 하드웨어 구조를 기존의 Mastrovito방법을 이용하여 제안하고자 한다. 삼항기약다항식(trinomial) p($\chi$)=$\chi$$^{m}$ ＋$\chi$$^n$＋1를 이용하여 제안하는 곱셈기의 시간 복잡도를 기존의 복잡도 T$_{A}$+( (m-2)/(m-n) +1+ log$_2$(m) ) T$_{x}$에서 T$_{A}$＋(1＋ log$_2$(m-1)＋ n/2 ) T$_{x}$으로 감소시킨다. 그러나 공간 복잡도를 살펴보면 AND 게이트 수가 기존의 복잡도와 m$^2$으로 같지만, XOR 게이트의 수는 기존 복잡도인 m$^2$-1에서 m$^2$＋(n$^2$-3n)/2으로 기약다항식의 중간항 차수인 n에 따라 약간 증가된다. 기약다항식의 최고차 항을 표준에서 권장하는 차수와 그에 준하는 다항식의 차수에 대해 XOR 공간 복잡도가 평균적으로 1.18% 증가하는 데 비해, 시간 복잡도는 평균적으로 9.036% 정도 감소한다.