• JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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• 제17권3호
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• pp.425-437
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• 2017

For efficient hardware (HW) implementation of elliptic curve cryptography (ECC), various sub-modules for the underlying finite field operations should be implemented efficiently. Among these sub-modules, modular inversion (MI) requires the most computation; therefore, its performance might be a dominant factor of the overall performance of an ECC module. To determine the most efficient MI algorithm for an HW ECC module, we implement various classes of MI algorithms and analyze their performance. In contrast to the common belief in previous research, our results show that the right-shift binary inversion (RS) algorithm performs well when implemented in hardware. In addition, we present optimization methods to reduce the area overhead and improve the speed of the RS algorithm. By applying these methods, we propose a new RS-variant that is both fast and compact. The proposed MI module is more than twice as fast as the other two classes of MI: shifting Euclidean (SE) and left-shift binary inversion (LS) algorithms. It consumes only 15% more area and even 5% less area than SE and LS, respectively. Finally, we show that how our new method can be applied to optimize an HW ECC module.

• International Journal of Contents
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• 제3권2호
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• pp.40-43
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• 2007

This paper proposed a new modular inverse algorithm based on the right-shifting binary Euclidean algorithm. For an n-bit numbers, the number of operations for the proposed algorithm is reduced about 61.3% less than the classical binary extended Euclidean algorithm. The proposed algorithm implementation shows substantial reduction in computation time over Galois field GF(p).

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제20권2호
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• pp.289-297
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• 2017

When implementing a hardware elliptic curve cryptosystem (ECC) module, the efficient design of Modular Inverse (MI) algorithm is especially important since it requires much more computation than other finite field operations in ECC. Among the MI algorithms, binary Right-Shift modular inverse (RS) algorithm has good performance when implemented in hardware, but Montgomery Modular Inverse (MMI) algorithm is not considered in [1, 2]. Since MMI has a similar structure to that of RS, we show that the area-improvement idea that is applied to RS is applicable to MMI, and that we can improve the speed of MMI. We designed area- and speed-improved MMI variants as hardware modules and analyzed their performance.

• 전기전자학회논문지
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• 제24권3호
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• pp.901-908
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• 2020

몽고메리 모듈러 역원 연산을 확장 가능형 하드웨어로 구현하기 위한 방법에 대해 기술한다. 제안되는 확장 가능형 구조는 워드 (32-비트) 단위로 연산을 수행하는 처리요소의 1차원 배열 구조를 가지며, 사용되는 처리요소의 개수에 따라 성능과 하드웨어 크기를 조절할 수 있다. 설계된 확장 가능형 몽고메리 모듈러 역원기를 Spartan-6 FPGA 소자에 구현하여 하드웨어 동작을 검증하였다. 설계된 역원기를 180-nm CMOS 표준 셀로 합성한 결과, 사용되는 처리요소의 개수 1~10에 따라 동작 주파수는 167~131 MHz, 게이트 수는 60,000~91,000 GEs (gate equivalents)로 평가되었다. 256 비트 모듈러 역원 연산의 경우, 처리요소의 개수 1~10에 따라 평균 18.7~118.2 Mbps의 연산성능을 갖는 것으로 예측되었다. 제안된 확장 가능형 모듈러 역원 연산기는 사용되는 처리요소의 개수에 따라 연산성능과 게이트 수 사이에 교환조건이 성립하며, 따라서 응용분야에서 요구되는 연산성능과 하드웨어 요구량에 최적화된 모듈러 역원 연산회로를 구현할 수 있다.

• 한국멀티미디어학회논문지
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• 제6권4호
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• pp.610-619
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• 2003

This paper presents a concept of cellular automata and a modular exponentiation algorithm and implementation of a basic EIGamal encryption by using cellular automata. Nowadays most of modular exponentiation algorithms are implemented by a linear feedback shift register(LFSR), but its structure has disadvantage which is difficult to implement an operation scheme when the basis is changed frequently The proposed algorithm based on a cellular automata in this paper can overcome this shortcomings, and can be effectively applied to the modular exponentiation algorithm by using the characteristic of the parallelism and flexibility of cellular automata. We also propose a new fast multiplier algorithm using the normal basis representation. A new multiplier algorithm based on normal basis is quite fast than the conventional algorithms using standard basis. This application is also applicable to construct operational structures such as multiplication, exponentiation and inversion algorithm for EIGamal cryptosystem.

• ETRI Journal
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• 제41권6호
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• pp.863-872
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• 2019

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.

• 대한임베디드공학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.79-84
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• 2012

Efficient arithmetic design is essential to implement error correcting codes and cryptographic applications over finite fields. This article presents an efficient $AB^2$ multiplier in GF($2^m$) using a polynomial representation. The proposed multiplier produces the result in m clock cycles with a propagation delay of two AND gates and two XOR gates using O($2^m$) area-time complexity. The proposed multiplier is highly modular, and consists of regular blocks of AND and XOR logic gates. Especially, exponentiation, inversion, and division are more efficiently implemented by applying $AB^2$ multiplication repeatedly rather than AB multiplication. As compared to related works, the proposed multiplier has lower area-time complexity, computational delay, and execution time and is well suited to VLSI implementation.

• 한국산업정보학회:학술대회논문집
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• 한국산업정보학회 2002년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.190-194
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• 2002

유한 필드 GF(2$^{m}$ ) 상에서의 곱셈은 Diffie-Hellman key exchange, EIGamal과 같은 공개키 암호시스템에서의 기본적인 연산이다. 본 논문에서 는 셀룰러 오토마타를 이용하여 GF(2$^{m}$ ) 상에서 몽고메리 곱셈을 m 클럭 사이클만에 처리하는 새로운 구조를 제시 하였다. 본 논문에서 제시된 몽고메리 곱셈기는 모듈러 지수기, 나눗셈기, 곱셈의 역원기등을 효율적으로 구현하는데 활용될 수 있다. 또한 셀룰러 오토마타는 간단하고도 규칙적이며, 모듈화 하기 쉽고 계층화 하기 쉬운 구조이므로 VLSI구현에도 효율적으로 활용될 수 있다.

• 대한전자공학회논문지
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• 제7권1호
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• pp.9-17
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• 1970

부임피던스 변환기를 사용한 능동 RC 여파기의 RC 회로망의 극의 최적치 선정방법과 안정도 개선책을 논했다. 아울러 실제예로 차단주파수 3.4KC, 모듈라각 55°인 2차연린 Chebyshev 특성을 갖는 저주파 능동 RC 여파기를 설계하여 실험한 결과 이론치와 잘 일치했으며 동작 또한 안정했다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제25권8호
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• pp.1095-1102
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• 2021

성능과 하드웨어 복잡도 사이에 높은 확장성과 유연성을 갖는 확장 가능형 ECC 구조를 제안한다. 구조적 확장성을 위해 유한체 연산을 32 비트 워드 단위로 병렬 처리하는 처리요소의 1차원 배열을 기반으로 모듈러 연산회로를 구현하였으며, 사용되는 처리요소의 개수를 1~8개 범위에서 결정하여 회로를 합성할 수 있도록 설계되었다. 이를 위해 워드 기반 몽고메리 곱셈과 몽고메리 역원 연산의 확장 가능형 알고리듬을 적용하였다. 180-nm CMOS 공정으로 확장 가능형 ECC 프로세서 (sECCP)를 구현한 결과, N_PE=1인 경우에 100 kGE와 8.8 kbit의 RAM으로 구현되었고, N_PE=8인 경우에는 203 kGE와 12.8 kbit의 RAM으로 구현되었다. sECCP가 100 MHz 클록으로 동작하는 경우, N_PE=1인 경우와 N_PE=8인 경우의 P256R 타원곡선 상의 점 스칼라 곱셈을 각각 초당 110회, 610회 연산할 수 있는 것으로 분석되었다.