【摘 要】
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在物联网技术高度发达的今天,人们对其安全问题给予了更多的关心与重视。密码技术作为物联网信息安全的重要保障,其技术发展经过了多次的迭代升级。其中,公钥密码体系作为一种极为重要的密码机制,主要解决了如密钥分发、数字签名以及身份认证等传统密码体系中公共信道上难以实现的问题。然而传统公钥密码体系却存在着诸如复杂的证书交换等密钥管理问题,为了解决此类问题,标识密码算法便应运而生。目前,标识密码算法经过不断完
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在物联网技术高度发达的今天,人们对其安全问题给予了更多的关心与重视。密码技术作为物联网信息安全的重要保障,其技术发展经过了多次的迭代升级。其中,公钥密码体系作为一种极为重要的密码机制,主要解决了如密钥分发、数字签名以及身份认证等传统密码体系中公共信道上难以实现的问题。然而传统公钥密码体系却存在着诸如复杂的证书交换等密钥管理问题,为了解决此类问题,标识密码算法便应运而生。目前,标识密码算法经过不断完善后已经成为了我国密码标准之一,即SM9标识密码算法。该算法主要具有密钥管理方便以及加密性能强等优势,是一种特别适用于物联网安全领域中的商用密码算法。由于SM9标识密码算法具有运算量大且计算较为复杂的特点,并且物联网安全芯片所具有的计算能力又十分有限,为此提出了一种基于So C设计方法的算法IP设计方案来对SM9算法进行实现。在Xilinx Virtex-7平台上进行了仿真验证,测试结果表明本文所设计的方案相较于纯软件实现方案有着最高7.71倍的性能提升。本文的具体研究内容和贡献如下:1.通过对SM9标识密码算法进行深入研究与分析,着重对其主要协议算法流程进行设计。同时,为解决当下SM9算法的运算效率与资源开销之间的矛盾,提出了基于So C设计方法的SM9算法IP实现方案,通过对算法进行相应的层级划分与软硬件划分,将耗时较多的底层素域模运算部分交由FPGA进行实现,顶层协议算法则交由国产龙芯架构进行实现。2.针对底层素域模运算中最为耗时的模乘运算与模逆运算,分别进行算法层面与硬件层面的优化。在算法层面,针对模乘运算设计了一种基于Montgomery模乘的素域串并混合可变步长结构算法,针对模逆运算提出了一种基于二进制扩展Euclidean的8-Radix素域快速模逆算法。在硬件层面则分别对主要运算部件即256位乘法器与128位加减法器进行流水线拆分优化。通过对这两个层面的优化设计,使得底层模运算的整体运算效率得到了显著的提升,大大提高了SM9算法IP的运算性能。3.对设计的SM9算法IP进行了仿真与验证,硬件部分主要在Model Sim仿真工具上进行仿真测试,软件部分主要在VS2016上进行编程测试。测试结果表明该算法IP功能正确无误,且在性能上相比于在龙芯架构上的纯软件实现有着高达7.71倍的性能提升。
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