Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.25
no.1
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pp.13-19
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2020
In this paper, we propose a multiplexer based scheme that performs modular AB2 multiplication using redundant basis over finite field. Then we propose an efficient multiplexer based semi-systolic AB2 multiplier using proposed scheme. We derive a method that allows the multiplexers to perform the operations in the cell of the modular AB2 multiplier. The cell of the multiplier is implemented using multiplexers to reduce cell latency. As compared to the existing related structures, the proposed AB2 multiplier saves about 80.9%, 61.8%, 61.8%, and 9.5% AT complexity of the multipliers of Liu et al., Lee et al., Ting et al., and Kim-Kim, respectively. Therefore, the proposed multiplier is well suited for VLSI implementation and can be easily applied to various applications.
In this paper, we propose a high-speed modular multiplication algorithm which revises conventional Montgomery's algorithm. A hardware architecture is also presented to implement 1024-bit RSA cryptosystem for digital signature based on the proposed algorithm. Each iteration in our approach requires only one addition operation for two n-bit integers, while that in Montgomery's requires two addition operations for three n-bit integers. The system which is modelled in VHDL(VHSIC Hardware Description Language) is simulated in functionally through the use of $Synopsys^{TM}$ tools on a Axil-320 workstation, where Altera 10K libraries are used for logic synthesis. For FPGA implementation, timing simulation is also performed through the use of Altera MAX + PLUS II. Experimental results show that the proposed RSA cryptosystem has distinctive features that not only computation speed is faster but also hardware area is drastically reduced compared to conventional approach.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.17
no.3
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pp.1-10
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2012
A low-complexity Multiplication over GF(2m) and multiplier circuit has been proposed by using cyclic-shift coefficients and the irreducible trinomial. The proposed circuit has the parallel input/output architecture and shows the lower-complexity than others with the characteristics of the cyclic-shift coefficients and the irreducible trinomial modular computation. The proposed multiplier is composed of $2m^2$ 2-input AND gates and m (m+2) 2-input XOR gates without the memories and switches. And the minimum propagation delay is $T_A+(2+{\lceil}log_2m{\rceil})T_X$. The Proposed circuit architecture is well suited to VLSI implementation because it is simple, regular and modular.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.24
no.6
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pp.1091-1102
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2014
The power analysis attack is a cryptanalytic technique to retrieve an user's secret key using the side-channel power leakage occurred during the execution of cryptographic algorithm embedded on a physical device. Especially, many power analysis attacks have targeted on an exponentiation algorithm which is composed of hundreds of squarings and multiplications and adopted in public key cryptosystem such as RSA. Recently, a new correlation power attack, which is tried when two modular multiplications have a same input, is proposed in order to recover secret key. In this paper, after reviewing the principle of side-channel attack based on input collisions in modular multiplications, we analyze the vulnerability of some exponentiation algorithms having regularity property. Furthermore, we present an improved exponentiation countermeasure to resist against the input collision-based CPA(Correlation Power Analysis) attack and existing side channel attacks and compare its security with other countermeasures.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.12C
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pp.1739-1747
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2004
In this paper, an efficient radix-4 systolic VLSI architecture for RSA public-key cryptosystem is proposed. Due to the simple operation of iterations and the efficient systolic mapping, the proposed architecture computes an n-bit modular exponentiation in n$^{2}$ clock cycles since two modular multiplications for M$_{i}$ and P$_{i}$ in each exponentiation process are interleaved, so that the hardware is fully utilized. We encode the exponent using Radix-4. SD (Signed Digit) number system to reduce the number of modular multiplications for RSA cryptography. Therefore about 20% of NZ (non-zero) digits in the exponent are reduced. Compared to conventional approaches, the proposed architecture shows shorter period to complete the RSA while requiring relatively less hardware resources. The proposed RSA architecture based on the modified Montgomery algorithm has locality, regularity, and scalability suitable for VLSI implementation.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.40
no.3
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pp.145-151
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2003
This study focuses on the hardware implementation of fast and low-complexity multiplier over GF(2$^{m}$ ). Finite field multiplication can be realized in two steps: polynomial multiplication and modular reduction using the irreducible polynomial and we will treat both operation, separately. Polynomial multiplicative operation in this Paper is based on the Permestzi's algorithm, and irreducible polynomial is defined AOP. The realization of the proposed GF(2$^{m}$ ) multipleker-based multiplier scheme is compared to existing multiplier designs in terms of circuit complexity and operation delay time. Proposed multiplier obtained have low circuit complexity and delay time, and the interconnections of the circuit are regular, well-suited for VLSI realization.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.13
no.1
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pp.75-80
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2009
RSA cryptoprocessors equipped with more than 1024 bits of key space handle the entire key stream in units of blocks. The RSA processor which will be the target design in this paper defines the length of the basic word as 128 bits, and uses an 256-bits register as the accumulator. For efficient execution of 128-bit multiplication, 32b*32b multiplier was designed and adopted and the results are stored in 8 separate 128-bit registers according to the status flag. In this paper, a fast 32bit modular multiplier which is required to execute 128-bit MAC (multiplication and accumulation) operation is proposed. The proposed architecture prototype of the multiplier unit was automatically synthesized, and successfully operated at the frequency in the target RSA processor.
In this paper, we propose a suitable multiplication architecture for cellular automata in a finite field $GF(2^m)$. Proposed least significant bit first multiplier is based on irreducible all one Polynomial, and has a latency of (m+1) and a critical path of $ 1-D_{AND}+1-D{XOR}$.Specially it is efficient for implementing VLSI architecture and has potential for use as a basic architecture for division, exponentiation and inverses since it is a parallel structure with regularity and modularity. Moreover our architecture can be used as a basic architecture for well-known public-key information service in $GF(2^m)$ such as Diffie-Hellman key exchange protocol, Digital Signature Algorithm and ElGamal cryptosystem.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.12
no.1
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pp.11-18
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2017
Finite field arithmetic has been extensively used in error correcting codes and cryptography. Low-complexity and high-speed designs for finite field arithmetic are needed to meet the demands of wider bandwidth, better security and higher portability for personal communication device. In particular, cryptosystems in GF($2^m$) usually require computing exponentiation, division, and multiplicative inverse, which are very costly operations. These operations can be performed by computing modular AB multiplications or modular $AB^2$ multiplications. To compute these time-consuming operations, using $AB^2$ multiplications is more efficient than AB multiplications. Thus, there are needs for an efficient $AB^2$ multiplier architecture. In this paper, we propose a low latency Montgomery $AB^2$ multiplier using redundant representation over GF($2^m$). The proposed $AB^2$ multiplier has less space and time complexities compared to related multipliers. As compared to the corresponding existing structures, the proposed $AB^2$ multiplier saves at least 18% area, 50% time, and 59% area-time (AT) complexity. Accordingly, it is well suited for VLSI implementation and can be easily applied as a basic component for computing complex operations over finite field, such as exponentiation, division, and multiplicative inverse.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.12
no.2
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pp.21-34
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2002
In this paper we propos a new hardware architecture of modular exponentiation using a division chain method which has been proposed in (2). Modular exponentiation using the division chain is performed by receding an exponent E as a mixed form of multiplication and addition with divisors d=2 or $d=2^I +1$ and respective remainders r. This calculates the modular exponentiation in about $1.4log_2$E multiplications on average which is much less iterations than $2log_2$E of conventional Binary Method. We designed a linear systolic array multiplier with pipelining and used a horizontal projection on its data dependence graph. So, for k-bit key, two k-bit data frames can be inputted simultaneously and two modular multipliers, each consisting of k/2+3 PE(Processing Element)s, can operate in parallel to accomplish 100% throughput. We propose a new encoding scheme to represent divisors and remainders of the division chain to keep regularity of the data path. When it is synthesized to ASIC using Samsung 0.5 um CMOS standard cell library, the critical path delay is 4.24ns, and resulting performance is estimated to be abort 140 Kbps for a 1024-bit data frame at 200Mhz clock In decryption process, the speed can be enhanced to 560kbps by using CRT(Chinese Remainder Theorem). Futhermore, to satisfy real time requirements we can choose small public exponent E, such as 3,17 or $2^{16} +1$, in encryption and verification process. in which case the performance can reach 7.3Mbps.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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