• 대한임베디드공학회논문지
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• 제12권1호
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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.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제21권8호
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• pp.1471-1479
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• 2017

2,048 비트의 키 길이를 지원하는 RSA 공개키 암호 프로세서를 설계하였다. RSA 암호의 핵심 연산인 모듈러 곱셈기를 워드 기반의 몽고메리 곱셈 알고리듬을 이용하여 설계하였으며, 모듈러 지수승 연산은 Left-to-Right(LR) 이진 멱승 알고리듬을 이용하여 구현하였다. 모듈러 곱셈에 8,448 클록 사이클이 소요되며, RSA 암호화와 복호화에 각각 185,724 클록 사이클과 25,561,076 클록 사이클이 소요된다. 설계된 RSA 암호 프로세서를 Virtex 5 FPGA로 구현하여 하드웨어 동작을 검증하였다. $0.18{\mu}m$ CMOS 표준셀을 사용하여 100 MHz의 동작 주파수로 합성한 결과, RSA 암호 프로세서는 12,540 GE로 구현되었고, 12 kbit의 메모리가 사용되었다. 동작 가능한 최대 주파수는 165 MHz로 평가되었으며, RSA 암호화, 복호화 연산에 각각 1.12 ms, 154.91 ms가 소요되는 것으로 예측되었다.

• 한국정보보호학회:학술대회논문집
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• 한국정보보호학회 1997년도 종합학술발표회논문집
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• pp.221-231
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• 1997

본 논문에서는 고속 멱승을 위한 모듈라 곱셈기를 시스토릭 어레이로 설계한다. Montgomery 알고리듬 및 시스토릭 어레이 구조를 분석하고 공통 피승수 곱셈 개념을 사용한 변형된 Montgomery 알고리듬에 대해 시스토릭 어레이 곱셈기를 설계한다. 제안 곱셈기는 각 처리기 내부 연산을 병렬화 할 수 있고 연산 자체도 간단화 할 수 있어 시스토릭 어레이 하드웨어 구현에 유리하며 기존의 곱셈기를 사용하는 것보다 멱승 전체의 계산을 약 0.4배내지 0.6배로 감소시킬 수 있다.

• 정보보호학회논문지
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• 제9권1호
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• pp.135-146
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• 1999

공개 키 암호 시스템에서의 주 연산은 멱승 연산이며 이는 모듈라 곱셈의 반복으로 이루어져 있다. 본 논문에서는 고속 모듈라 곱셈을 위해 Montgomery 알고리듬에 기반한 선형 시스토릭 어레이 곱셈기를 제안하고 이를 설계하였다. 제안 곱셈기는 각 처리기 내부 구조를 간소화할 수 있어 기존 곱셈기에 비해 하드웨어 설계에 필요한 논리 게이트를 약 14%정도 줄일 수 있을 뿐만 아니라 모듈라 곱셈 속도를 약 20%정도 감소시킬 수 있다.

• 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.

• 정보보호학회논문지
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• 제7권2호
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• pp.73-92
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• 1997

모듈라 멱승 연산(M$^{E}$ modN)은 공개키 암호시스템에 있어서 가장 기본적이고 중요한 연산들 중 하나이다. 그런데 이는 512-비트 이상의 정수들과 같이 매우 큰 수들을 다루기 때문에, 수행속도가 느려서 빠른 연산 알고리즘을 필요로 한다. 모듈라 멱승 연산은 모듈라 곱셈의 반복 수행으로 이루어져있고, 이 때의 반복횟수는 지수(E)에 대한 덧셈사슬의 길이에 의해 결정된다. 따라서, 모듈라 멱승 연산을 빠르게 수행하기 위한 방법에는 두 가지가 있을 수 있다. 하나는 보다 짧은 덧셈사슬을 구함으로써 모듈라 곱셈의 반복횟수를 줄이는 것이고, 다른 하나는 각각의 모듈라 곱셈을 빠르게 수행하는 것이다. 본 논문에서는 하나의 덧셈사슬 휴리스틱과 두 개의 모듈라 곱셈 알고리즘들을 제안한다. 두개의 모듈라 곱셈 알고리즘들 중 하나는 서로 다른 두 수들 간의 모듈라 곱셈을 빠르게 수행하기 위한 것이고, 다른 하나는 모듈라 제곱을 빠르게 수행하기 위한 것이다. 본 논문에서 제안하는 덧셈사슬 휴리스틱은 기존의 알고리즘들보다 짧은 덧셈사슬을 찾을 수 있다. 본 논문에서 제안하는 모듈라 곱셈 알고리즘들은 기존의 알고리즘들 보다 1/2 이하의 단정도 곱셈만으로 모듈라 곱셈을 수행한다. 실제로 PC에서 구현하여 수행한 결과, 기존의 알고리즘들 중 가장 좋은 성능을 보이는 Montgomery 알고리즘에 비해 30~50%의 성능향상을 보인다.

• 디지털산업정보학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.1-9
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• 2020

Many cryptographic and error control coding algorithms rely on finite field GF(2m) arithmetic. Hardware implementation of these algorithms needs an efficient realization of finite field arithmetic operations. Finite field multiplication is complicated among the basic operations, and it is employed in field exponentiation and division operations. Various algorithms and architectures are proposed in the literature for hardware implementation of finite field multiplication to achieve a reduction in area and delay. In this paper, a low area and delay efficient semi-systolic multiplier over finite fields GF(2m) using the modified Montgomery modular multiplication (MMM) is presented. The least significant bit (LSB)-first multiplication and two-level parallel computing scheme are considered to improve the cell delay, latency, and area-time (AT) complexity. The proposed method has the features of regularity, modularity, and unidirectional data flow and offers a considerable improvement in AT complexity compared with related multipliers. The proposed multiplier can be used as a kernel circuit for exponentiation/division and multiplication.

• 디지털산업정보학회논문지
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• 제18권1호
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• pp.1-9
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• 2022

Galois field arithmetic is important in error correcting codes and public-key cryptography schemes. Hardware realization of these schemes requires an efficient implementation of Galois field arithmetic operations. Multiplication is the main finite field operation and designing efficient multiplier can clearly affect the performance of compute-intensive applications. Diverse algorithms and hardware architectures are presented in the literature for hardware realization of Galois field multiplication to acquire a reduction in time and area. This paper presents a low complexity semi-systolic multiplier to facilitate parallel processing by partitioning Montgomery modular multiplication (MMM) into two independent and identical units and two-level systolic computation scheme. Analytical results indicate that the proposed multiplier achieves lower area-time (AT) complexity compared to related multipliers. Moreover, the proposed method has regularity, concurrency, and modularity, and thus is well suited for VLSI implementation. It can be applied as a core circuit for multiplication and division/exponentiation.

• 정보처리학회논문지C
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• 제8C권1호
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• pp.32-40
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• 2001

본 논문에서는 기존의 Montgomery 알고리듬을 개선한 고속 모듈러 곱셈 알고리듬을 제안하고, 이를 기본으로 하여 디지털 서명에 적용 가능한 1024비트 RSA 암호 시스템의 설계 및 구현에 관하여 기술한다. 제안된 방법은 부분합 계산시 단지 1번지의 덧셈 연산이 필요하지만, 기존 Montgomery 알고리듬에서는 2번의 덧셈연산이 요구되므로 기존 방법에 비해 계산 속도가 빠르며, 하드웨어 면적도 매우 감소된다. 제안된 RSA 암호 시스템은 VHDL(VHSIC Hardware Description Language)을 이용하여 모델링하였고, $Synopsys^{TM}$사의 Design Analyzer를 이용하여 논리합성(Altera 10K lib. 이용)을 수행하였다. 또한, FPGA 구현을 위하여 Altera MAX+PLUS II상에서 타이밍 시뮬레이션을 수행하였다. 실험을 통하여 제안된 방법은 계산 속도가 매우 빠르며, 하드웨어 면적도 매우 감소함을 확인하였다.

• 한국통신학회논문지
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• 제29권12C호
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• pp.1739-1747
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• 2004

본 논문에서는 RSA 공개키 암호화 알고리즘을 위한 효율적인 Radix-4 시스톨릭 VLSI 아키텍쳐를 제안하였다. 모듈러 곱셈 알고리즘의 이터레이션 단순화와 효율적인 시스톨릭 매핑으로 제안된 구조는 n-비트 모듈러 멱승 연산을 n$^{2}$ 클럭 싸이클에 수행한다. 각 지수 처리 단계에서 두 개의 모듈러 곱셈, M$_{i}$와 P$_{i}$는 중첩되어 연산되며 따라서 제안된 하드웨어의 이용도(hardware utilization)는 100%이다. 또한 RSA 암호화를 위한 총 모듈러 곱셈의 횟수를 줄이기 위하여 지수를 Radix-4 SD(Signed Digit) 수체계를 이용하여 인코딩하였다. 이로 인하여 지수의 NZ(non-zero) 디지트가 약 20% 감소되어 성능이 향상되었다. 기존의 방법들과 비교하였을 때, 제안된 구조는 비교적 적은 하드웨어를 사용하여 우수한 성능을 보였으며 개선된 Montgomery 알고리즘을 바탕으로 한 제안된 구조는 지역성, 규칙성, 확장성 등으로 VLSI 구현에 적합하다.