This paper presents an energy-efficient (low power) prime-field hyperelliptic curve cryptography (HECC) processor with uniform power draw. The HECC processor performs divisor scalar multiplication on the Jacobian of genus 2 hyperelliptic curves defined over prime fields for arbitrary field and curve parameters. It supports the most frequent case of divisor doubling and addition. The optimized implementation, which is synthesized in a $0.13{\mu}m$ standard CMOS technology, performs an 81-bit divisor multiplication in 503 ms consuming only $6.55{\mu}J$ of energy (average power consumption is $12.76{\mu}W$). In addition, we present a technique to make the power consumption of the HECC processor more uniform and lower the peaks of its power consumption.
Seo, Hwa-jeong;Kwon, Hyeok-dong;Jang, Kyoung-bae;Kim, Hyunjun
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.31
no.3
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pp.473-480
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2021
To achieve the high-speed implementation of post-quantum cryptography, primitive operations should be tailored to the architecture of the target processor. In this paper, we present the optimized implementation of multiplier operation on RISC-V processor for post-quantum cryptography. Particularly, the column-wise multiplication algorithm is optimized with the primitive instruction of RISC-V processor, which improved the performance of 256-bit and 512-bit multiplication by 19% and 8% than previous works, respectively. Lastly, we suggest the instruction extension for the high-speed multiplication on the RISC-V processor.
This paper presents the design and implementation of a crypto processor, a special-purpose microprocessor optimized for the execution of cryptography algorithms. This crypto processor can be used fur various security applications such as storage devices, embedded systems, network routers, etc. The crypto processor consists of a 32-bit RISC processor block and a coprocessor block dedicated to the SEED and triple-DES (data encryption standard) symmetric key crypto (cryptography) algorithms. The crypto processor has been designed and fabricated as a single VLSI chip using 0.5 $\mu\textrm{m}$ CMOS technology. To test and demonstrate the capabilities of this chip, a custom board providing real-time data security for a data storage device has been developed. Testing results show that the crypto processor operates correctly at a working frequency of 30MHz and a bandwidth o1240Mbps.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2022.10a
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pp.101-103
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2022
Elliptic curve cryptography (ECC) is widely used in hardware implementations of public-key crypto-systems for IoT devices and V2X communication because it is suitable for efficient hardware implementation and has high security strength. However, ECC-based public-key cryptography is known to have security vulnerabilities against side-channel attacks, so it is necessary to apply countermeasures against security attacks in designing ECC processor. This paper describes a survey on the side-channel attacks and countermeasures applicable to ECC processor design.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.8
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pp.1471-1479
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2017
This paper describes a design of RSA public-key cryptography processor supporting key length of 2,048 bits. A modular multiplier that is core arithmetic function in RSA cryptography was designed using word-based Montgomery multiplication algorithm, and a modular exponentiation was implemented by using Left-to-Right (LR) binary exponentiation algorithm. A computation of a modular multiplication takes 8,386 clock cycles, and RSA encryption and decryption requires 185,724 and 25,561,076 clock cycles, respectively. The RSA processor was verified by FPGA implementation using Virtex5 device. The RSA cryptographic processor synthesized with 100 MHz clock frequency using a 0.18 um CMOS cell library occupies 12,540 gate equivalents (GEs) and 12 kbits memory. It was estimated that the RSA processor can operate up to 165 MHz, and the estimated time for RSA encryption and decryption operations are 1.12 ms and 154.91 ms, respectively.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2006.05a
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pp.765-768
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2006
Processsive ubiquitous networks have impressed us with alternative features, divesity or security. When the diversity from small devices to large machines is in normal states, ubiquitous networks are fundamental and useful. We have developed a mobile processor dedicated to multimedia cryptography. We have focus on the multimedia cryptography by the dedicated processor.
A public-key cryptography processor EC-RSA was designed, which integrates a 224-bit prime field elliptic curve cryptography (ECC) defined in the FIPS 186-2 as well as RSA with 2048-bit key length into a single hardware structure. A finite field arithmetic core used in both scalar multiplication for ECC and exponentiation for RSA was designed with 32-bit data-path. A lightweight implementation was achieved by an efficient hardware sharing of the finite field arithmetic core and internal memory for ECC and RSA operations. The EC-RSA processor was verified by FPGA implementation. It occupied 11,779 gate equivalents (GEs) and 14 kbit RAM synthesized with a 180-nm CMOS cell library and the estimated maximum clock frequency was 133 MHz. It takes 867,746 clock cycles for ECC scalar multiplication resulting in the estimated throughput of 34.3 kbps, and takes 26,149,013 clock cycles for RSA decryption resulting in the estimated throughput of 10.4 kbps.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.15
no.3
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pp.160-164
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2017
Public key cryptography (PKC) is the basic building block for the cryptography applications such as encryption, key distribution, and digital signature scheme. Among many PKC, elliptic curve cryptography (ECC) is the most widely used in IT systems. Recently, very efficient Montgomery-Twisted-Edward (MoTE)-ECC was suggested, which supports low complexity for the finite field arithmetic, group operation, and scalar multiplication. However, we cannot directly adopt the MoTE-ECC to new PKC systems since the cryptography is not fully evaluated in terms of performance on the Internet of Things (IoT) platforms, which only supports very limited computation power, energy, and storage. In this paper, we fully evaluate the MoTE-ECC implementations on the representative IoT devices (16-bit MSP processors). The implementation is highly optimized for the target platform and compared in three different factors (ROM, RAM, and execution time). The work provides good reference results for a gradual transition from legacy ECC to MoTE-ECC on emerging IoT platforms.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.7
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pp.1267-1275
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2017
This paper describes a design of cryptographic processor supporting 233-bit elliptic curves over binary field defined by NIST. Scalar point multiplication that is core arithmetic in elliptic curve cryptography(ECC) was implemented by adopting modified Montgomery ladder algorithm, making it robust against simple power analysis attack. Point addition and point doubling operations on elliptic curve were implemented by finite field multiplication, squaring, and division operations over $GF(2^{233})$, which is based on affine coordinates. Finite field multiplier and divider were implemented by applying shift-and-add algorithm and extended Euclidean algorithm, respectively, resulting in reduced gate counts. The ECC processor was verified by FPGA implementation using Virtex5 device. The ECC processor synthesized using a 0.18 um CMOS cell library occupies 49,271 gate equivalents (GEs), and the estimated maximum clock frequency is 345 MHz. One scalar point multiplication takes 490,699 clock cycles, and the computation time is 1.4 msec at the maximum clock frequency.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2008.10a
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pp.740-743
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2008
RSA crypto-processors 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 stalks flag. In this paper, a fast 32bit nodular 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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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