【摘 要】
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2021年9月1日起,我国开始施行《中华人民共和国数据安全法》,对数据的有效监管实现了有法可依,对于信息安全的重视也达到了空前的高度。国密SM2椭圆曲线加密算法凭借应用场景多、安全性高和加密速度快等优势,获得了广泛的认可,成为了我国目前应用最广的国产加密算法之一。本文对国密SM2加密协议进行了详细的研究,分析了在不同坐标系下算法实现的资源花销,选择了适合硬件实现的雅克比加重射影坐标系并按照模块化的
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2021年9月1日起,我国开始施行《中华人民共和国数据安全法》,对数据的有效监管实现了有法可依,对于信息安全的重视也达到了空前的高度。国密SM2椭圆曲线加密算法凭借应用场景多、安全性高和加密速度快等优势,获得了广泛的认可,成为了我国目前应用最广的国产加密算法之一。本文对国密SM2加密协议进行了详细的研究,分析了在不同坐标系下算法实现的资源花销,选择了适合硬件实现的雅克比加重射影坐标系并按照模块化的思想设计了一个挂载在AHB总线下的SM2加密单元,在研究前人成果的基础上,主要完成了以下工作:（1）模加模块设计:采用“二位一结组”的思想完成4位加法器以及32位进位链的设计,在4位加法器设计时引入了选择进位的概念使得4位加法器在同一时序下算出有进位和没有进位的结果。结合上述4位加法器和32位进位链优化了 128位加法器的设计,并以此为基本单元,实现了基于Omura算法的256位模加单元的设计。（2）模乘模块的设计:在64位乘法器设计时用改进的Booth译码方案优化了部分积产生电路,采用全定制的方式完成8级的Wallace压缩树。分析了基于Montgomery算法的模乘实现时序,基于改进的乘法器单元采用FIPS的方式完成了 256位模乘模块的设计。（3）SM2模块设计:调用模乘,模加模块完成点加和倍点模块的设计,采用NAF编码减少调用点加模块的次数,完成了核心模块点乘模块的设计,在此基础上根据SM2协议流程完成了 SM2模块的设计。最后,在QuartusⅡ仿真平台用VerilogHDL完成了乘法器、加法器、模加、模乘、模逆、点乘模块以及SM2单元的综合,以14级逻辑门为1周期在300MHZ的时钟频率下进行仿真并完成了数据的正确性测试。本文所设计的64位乘法器和128位加法器分别需要3、1个时钟周期,256位模加、256位模乘和256位模逆分别需要2、261和22272个时钟周期,完成一次数字签名算法需要186128个时钟周期。
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