The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.14
no.2
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pp.121-126
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2014
The problem of finding the fastest algorithm for multiplication of two large n-digit decimal numbers remains unsolved in the field of mathematics and computer science. To this problem so far two algorithms - Karatsuba and Toom-kook - have been proposed to shorten the number of multiplication. In the complete opposite of shorten the number of multiplication method, this paper therefore proposes an efficient multiplication algorithm using additions completely. The proposed algorithm totally applies shift-and-add algorithm of binary system to large digits of decimal number multiplication for example of RSA-100 this problem can't perform using computer. This algorithm performs multiplication purely with additions of complexity of $O(n^2)$.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.3
s.345
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pp.33-39
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2006
In this paper we propose the Modified Karatsuba-Ofman algorithm for polynomial multiplication to polynomials of arbitrary degree. Leone proposed optimal stop condition for iteration of Karatsuba-Ofman algorithm(KO). In this paper, we propose a Non-Redundant Karatsuba-Ofman algorithm (NRKOA) with removing redundancy operations, and design a parallel hardware architecture based on the proposed algorithm. Comparing with existing related Karatsuba architectures with the same time complexity, the proposed architecture reduces the area complexity. Furthermore, the space complexity of the proposed multiplier is reduced by 43% in the best case.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.29
no.3
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pp.515-518
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2019
The performance of Elliptic Curves Cryptosystem(ECC) is dominated by the modular multiplication since the elliptic curve scalar multiplication consists of the modular multiplication in projective coordinates. In this paper, we propose a new method that combines the Karatsuba-Ofman multiplication method and a new modular reduction algorithm in order to improve the performance of the modular multiplication for NIST p224 in the FIPS 186-4 standard. The proposed method leads to a running time improvement for computing the modular multiplication about 25% faster than the previous methods. The results also show that the method can reduce the arithmetic complexity by half when compared with traditional implementations on the standpoint of the modular reduction.
Vijayakumar, P.;Bose, S.;Kannan, A.;Jegatha Deborah, L.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.7
no.4
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pp.878-894
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2013
Secure multimedia multicast applications involve group communications where group membership requires secured dynamic key generation and updating operations. Such operations usually consume high computation time and therefore designing a key distribution protocol with reduced computation time is necessary for multicast applications. In this paper, we propose a new key distribution protocol that focuses on two aspects. The first one aims at the reduction of computation complexity by performing lesser numbers of multiplication operations using a ternary-tree approach during key updating. Moreover, it aims to optimize the number of multiplication operations by using the existing Karatsuba divide and conquer approach for fast multiplication. The second aspect aims at reducing the amount of information communicated to the group members during the update operations in the key content. The proposed algorithm has been evaluated based on computation and communication complexity and a comparative performance analysis of various key distribution protocols is provided. Moreover, it has been observed that the proposed algorithm reduces the computation and communication time significantly.
Elliptic curve cryptography is a relatively lightweight public-key cryptography method for key generation and digital signature verification. Some lightweight curves (eg, Curve25519 and Curve Ed448) have been adopted by upcoming Transport Layer Security 1.3 (TLS 1.3) to replace the standardized NIST curves. However, the efficient implementation of Curve Ed448 on Internet of Things (IoT) devices remains underexplored. This study is focused on the optimization of the Curve Ed448 implementation on low-end IoT processors (ie, 8-bit AVR and 16-bit MSP processors). In particular, the three-level and two-level subtractive Karatsuba algorithms are adopted for multi-precision multiplication on AVR and MSP processors, respectively, and two-level Karatsuba routines are employed for multi-precision squaring. For modular reduction and finite field inversion, fast reduction and Fermat-based inversion operations are used to mitigate side-channel vulnerabilities. The scalar multiplication operation using the Montgomery ladder algorithm requires only 103 and 73 M clock cycles on AVR and MSP processors.
Ji, Sung-Yeon;Chang, Nam-Su;Kim, Chang-Han;Lim, Jong-In
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.44
no.9
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pp.1-9
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2007
For an efficient implementation of cryptosystems based on arithmetic in a finite field $GF(2^n)$, their hardware implementation is an important research topic. To construct a multiplier with low area complexity, the divide-and-conquer technique such as the original Karatsuba-Ofman method and multi-segment Karatsuba methods is a useful method. Leone proposed an efficient parallel multiplier with low area complexity, and Ernst at al. proposed a multiplier of a multi-segment Karatsuba method. In [1], the authors proposed new $MSK_5$ and $MSK_7$ methods with low area complexity to improve Ernst's method. In [3], the authors proposed a method which combines $MSK_2$ and $MSK_3$. In this paper we propose an efficient multiplication method by combining $MSK_2,\;MSK_3\;and\;MSK_5$ together. The proposed method reduces $116{\cdot}3^l$ gates and $2T_X$ time delay compared with Gather's method at the degree $25{\cdot}2^l-2^l with l>0.
This paper describes a design of high performance modular multiplier that is essentially used for elliptic curve cryptography. Our modular multiplier supports modular multiplications for five field sizes over GF(p), including 192, 224, 256, 384 and 521 bits as defined in NIST FIPS 186-2, and it calculates modular multiplication in two steps with integer multiplication and reduction. The Karatsuba-Ofman multiplication algorithm was used for fast integer multiplication, and the Lazy reduction algorithm was adopted for reduction operation. In addition, the Nikhilam division algorithm was used for the division operation included in the Lazy reduction. The division operation is performed only once for a given modulo value, and it was designed to skip division operation when continuous modular multiplications with the same modulo value are calculated. It was estimated that our modular multiplier can perform 6.4 million modular multiplications per second when operating at a clock frequency of 32 MHz. It occupied 456,400 gate equivalents (GEs), and the estimated clock frequency was 67 MHz when synthesized with a 180-nm CMOS cell library.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.25
no.3
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pp.419-426
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2021
A high-performance elliptic curve cryptography processor (HP-ECCP) was designed to support five field sizes of 192, 224, 256, 384 and 521 bits over GF(p) defined in NIST FIPS 186-2, and it provides eight modes of arithmetic operations including ECPSM, ECPA, ECPD, MA, MS, MM, MI and MD. In order to make the HP-ECCP resistant to side-channel attacks, a modified left-to-right binary algorithm was used, in which point addition and point doubling operations are uniformly performed regardless of the Hamming weight of private key used for ECPSM. In addition, Karatsuba-Ofman multiplication algorithm (KOMA), Lazy reduction and Nikhilam division algorithms were adopted for designing high-performance modular multiplier that is the core arithmetic block for elliptic curve point operations. The HP-ECCP synthesized using a 180-nm CMOS cell library occupied 620,846 gate equivalents with a clock frequency of 67 MHz, and it was evaluated that an ECPSM with a field size of 256 bits can be computed 2,200 times per second.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.42
no.5
s.335
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pp.23-30
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2005
In the construction of an extension field, there is a connection between the polynomial multiplication method and the degree of polynomial. The existing methods, KO and MSK methods, efficiently reduce the complexity of coefficient-multiplication. However, when we construct the multiplication of an extension field using KO and MSK methods, the polynomials are padded with necessary number of zero coefficients in general. In this paper, we propose basic properties of KO and MSK methods and algorithm that can reduce coefficient-multiplications. The proposed algorithm is more reducible than the original KO and MSK methods. This characteristic makes the employment of this multiplier particularly suitable for applications characterized by specific space constrains, such as those based on smart cards, token hardware, mobile phone or other devices.
This paper provides an efficient algorithm for computing the ${\eta}_T$ pairing on supersingular elliptic curves over fields of characteristic two. In the proposed algorithm, we deploy a modified multiplication in $F_{2^{4n}}$ using the Vandermonde matrix. For F, G ${\in}$$F_{2^{4n}}$ the proposed multiplication method computes ${\beta}{\cdot}F{\cdot}G$ instead of $F{\cdot}G$ with some ${\beta}$${\in}$$F^*_{2n}$ because ${\beta}$ is eliminated by the final exponentiation of the ${\eta}_T$ pairing computation. The proposed multiplication method asymptotically requires only 7 multiplications in $F_{2^n}$ as n ${\rightarrow}$${\infty}$, while the cost of the previously fastest Karatsuba method is 9 multiplications in $F_{2^n}$. Consequently, the cost of the ${\eta}_T$ pairing computation is reduced by 14.3%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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