Efficient modular multiplication techniques for large integers on FPGAs
FPGA üzerinde geniş tam sayılar için verimli çarpma teknikleri
- Tez No: 573272
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERDAR SÜER ERDEM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 74
Özet
Diffie ve Hellman [1] tarafından ortaya konulan Açık Anahtarlı Şifreleme günümüz haberleşme sistemlerinde yaygınca kulanılmaktadır. RSA ve eliptik eğri tabanlı kriptosistemleri modüler çarpma işlemine dayanmaktadır. Geniş sayılarla modüler çarpma işlemi bu sistemlerdeki ana hesap kısmını oluşturmaktadır. Geleneksel modüler çarpma, bölme işlemi içerdiği için pahalı bir operasyondur. Bölme işleminden kurtulmak için, literatürde Montgomery ve Barrett algoritmaları [5], [27] öne sürülmüştür. Bu algoritmalar bölme işlemi yerine, çarpma ve kaydırma işlemini kullanmaktadır. Bu tezde, ilk olarak, hane tabanlı ve FPGA'nın DSP kaynaklarını kullanan bir Montgomery çarpıcısı tasarlanmıştır. Tasarlanan donanım, Verilog diliyle yazılmıştır ve bir 528 bit Mongomery carpma işlemini Virtex-7 xc7vx330tffg1157-3 çipinde 0.43us'de bir 1056 bit Montgomery çarpma işlemini 1.09 us'de hesaplamaktadır. Sonra, DSP kaynaklarını kullanan bir tam kelime Barrett çarpıcısı öne sürülmüştür. Öne sürülen donanım, bir 528 bit Barrett çarpma işlemini Virtex-7 xc7vx330tffg1157-3 çipinde 0.49 us'de bir 1056 bit Barrett çarpma işlemini 1.88 us'de hesaplamaktadır. Daha sonra, öne sürülen Montgomery çarpıcısına dayanan eliptik eğri nokta çarpıcısı (ECPM) tasarlanmıştır. Tasarlanan ECPM donanımı Virtex-7 xc7vx330tffg1157-3 çipinde, bir adet 528 bit ECPM işlemini herhangi bir asal eğri için 4.06 ms'de, NIST p-521 eğrisi için 2.79 ms'de hesaplamaktadır. Son olarak, Montgomery ve Barrett algoritmaları Vivado HLS aracıyla gerçeklenmiştir. Montgomery ve Barrett algoritmalarının HLS gerçeklemeleri bir 528 bit modüler çarpma işlemini, Virtex-7 xc7vx330tffg1157-3 çipinde, sırasıyla 1.34 us ve 2.57 us'de hesaplamaktadır.
Özet (Çeviri)
Public-key cryptography (PKC) introduced by Diffie and Hellman [1], is widely used in today's communication systems. RSA and elliptic curve based public-key cryptosystems heavily depend on modular multiplication. Modular multiplication operation with large integers is the main computation part in these systems. Conventional modular multiplication is an expensive operation because it requires division. In order to overcome this difficulty, effective modular multiplication algorithms are proposed in the literature. Most common ones are Montgomery and Barrett algorithms [5], [27] which replace division with multiplication and shift operations. Therefore, in this thesis, we first designed a fast digit based Montgomery multiplier using DSP resources of FPGAs. The proposed hardware is implemented Verilog HDL and it takes 0.43 us to compute one 528 bit Montgomery modular multiplication and 1.09 us to compute one 1056 bit Montgomery modular multiplication in Virtex-7 xc7vx330tffg1157-3. We then, proposed full-word Barrett multiplier using DSP resources. It takes 0.49 us to compute one 528 bit Barrett modular multiplication and 1.88 us to compute one 1056 bit Barrett modular multiplication in Virtex-7 device xc7vx330tffg1157-3. We, then designed ECPM hardware based on the proposed Montgomery multiplier. It takes 4.06 ms to compute one 528 bit ECPM in any prime field and 2.79 ms to compute NIST p-521 ECPM in Virtex-7 xc7vx330tffg1157-3. Finally, we implemented Montgomery and Barrett algorithms using Vivado HLS tool. HLS implementation of Montgomery and Barrett algorithm takes 1.34 us and 2.57 us to compute one 528 bit modular multiplication in Virtex-7 device xc7vx330tffg1157-3 respectively.
Benzer Tezler
- Accelerated modular inverse algorithm for multidigit integers
Çok basamaklı sayılar için hızlandırılmış modüler ters alma algoritması
PAKİZE ŞANAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYaşar ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN HIŞIL
- Power efficient FPGA implementation of RSA algorithm
RSA algoritmasının düşük güç tüketimli FPGA tasarımı
DİLEK BAYHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SIDDIKA BERNA ÖRS YALÇIN
- FPGA based cryptography computation platform and the basis conversion in composite finite fields
FPGA tabanlı kriptografi işlem platformu ve bileşik sonlu cisimlerde baz dönüşümü
RIAZ MUHAMMAD SIAL
Doktora
İngilizce
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKriptografi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERSAN AKYILDIZ
- Yazılım tanımlı radyo tabanlı dördün genlik modülasyonu tasarımı
Software defined radio based quadrature amplitude modulation design
ANILCAN AYRANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. HASAN BÜLENT YAĞCI
- Fast, compact and secure implementation of RSA on dedicated hardware
RSA algoritmasının donanım üzerine hızlı, az alan kaplayan ve güvenli uygulaması
ERSİN ÖKSÜZOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı ÜniversitesiMühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERKAY SAVAŞ