In this paper, we propose a high performance elliptic curve cryptographic processor over $GF(2^{163})$. The proposed architecture is based on a modified Lopez-Dahab elliptic curve point multiplication algorithm and uses Gaussian normal basis for $GF(2^{163})$ field arithmetic. To achieve a high throughput rates, we design two new word-level arithmetic units over $GF(2^{163})$ and derive a parallelized elliptic curve point doubling and point addition algorithm with uniform addressing based on the Lopez-Dahab method. We implement our design using Xilinx XC4VLX80 FPGA device which uses 24,263 slices and has a maximum frequency of 143MHz. Our design is roughly 4.8 times faster with 2 times increased hardware complexity compared with the previous hardware implementation proposed by Shu. et. al. Therefore, the proposed elliptic curve cryptographic processor is well suited to elliptic curve cryptosystems requiring high throughput rates such as network processors and web servers.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2018.05a
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pp.169-170
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2018
이진체 상의 타원곡선 B-233을 지원하는 타원곡선 암호 프로세서를 32-비트 워드기반 몽고메리 곱셈기를 이용하여 설계하였다. 스칼라 곱셈을 위해 수정된 몽고메리 래더 (Modified montgomery ladder) 알고리즘을 적용하여 단순 전력분석에 내성을 갖도록 하였으며, Lopez-Dahab 투영 좌표계와 페르마의 소정리(Fermat's little theorem)를 적용하여 하드웨어 자원 소모가 큰 나눗셈과 역원 연산을 제거하여 저면적으로 설계하였다. 설계된 ECC 프로세서는 Xilinx ISim을 이용하여 기능검증을 하였으며, $0.18{\mu}m$ CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 100 MHz의 동작 주파수에서 9,614 GEs와 4 Kbit RAM으로 구현되었으며, 최대 동작 주파수는 125 MHz로 예측되었다.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2018.10a
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pp.190-192
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2018
This paper describes a design of an elliptic curve cryptography (ECC) processor that supports five pseudo-random curves and five Koblitz curves over binary field defined by the NIST standard. The ECC processor adopts the Lopez-Dahab projective coordinate system so that scalar multiplication is computed with modular multiplier and XORs. A word-based Montgomery multiplier of $32-b{\times}32-b$ was designed to implement ECCs of various key lengths using fixed-size hardware. The hardware operation of the ECC processor was verified by FPGA implementation. The ECC processor synthesized using a 0.18-um CMOS cell library occupies 10,674 gate equivalents (GEs) and 9 Kbits RAM at 100 MHz, and the estimated maximum clock frequency is 154 MHz.
A design of an elliptic curve cryptography (ECC) processor that supports both pseudo-random curves and Koblitz curves over $GF(2^m)$ defined by the NIST standard is described in this paper. A finite field arithmetic circuit based on a word-based Montgomery multiplier was designed to support five key lengths using a datapath of fixed size, as well as to achieve a lightweight hardware implementation. In addition, Lopez-Dahab's coordinate system was adopted to remove the finite field division operation. The ECC processor was implemented in the FPGA verification platform and the hardware operation was verified by Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH) key exchange protocol operation. The ECC processor that was synthesized with a 180-nm CMOS cell library occupied 10,674 gate equivalents (GEs) and a dual-port RAM of 9 kbits, and the maximum clock frequency was estimated at 154 MHz. The scalar multiplication operation over the 223-bit pseudo-random elliptic curve takes 1,112,221 clock cycles and has a throughput of 32.3 kbps.
This paper presents a high-performance elliptic curve cryptographic processor over $GF(2^m)$. The proposed design adopts Lopez-Dahab Montgomery algorithm for elliptic curve point multiplication and uses Gaussian normal basis for $GF(2^m)$ field arithmetic operations. We select m=163 which is the smallest value among five recommended $GF(2^m)$ field sizes by NIST and it is Gaussian normal basis of type 4. The proposed elliptic curve cryptographic processor consists of host interface, data memory, instruction memory, and control. We implement the proposed design using Xilinx XCV2000E FPGA device. Based on the FPGA implementation results, we can see that our design is 2.6 times faster and requires significantly less hardware resources compared with the previously proposed best hardware implementation.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.16
no.1
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pp.118-125
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2016
This paper presents a new high-efficient algorithm and architecture for an elliptic curve cryptographic processor. To reduce the computational complexity, novel modified Lopez-Dahab scalar point multiplication and left-to-right algorithms are proposed for point multiplication operation. Moreover, bit-serial Galois-field multiplication is used in order to decrease hardware complexity. The field multiplication operations are performed in parallel to improve system latency. As a result, our approach can reduce hardware costs, while the total time required for point multiplication is kept to a reasonable amount. The results on a Xilinx Virtex-5, Virtex-7 FPGAs and VLSI implementation show that the proposed architecture has less hardware complexity, number of clock cycles and higher efficiency than the previous works.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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