抗功耗分析攻击的高速ECC算法加速器

【摘要】随着信息安全需求的日益增长，目前普遍采用的1024位RSA算法面临严重的安全威胁，而ECC（椭圆曲线密码）算法相比RSA算法在安全性和加解密速率方面具有显著的优势，为了保障重要经济领域密码应用的安全，我国国家密码管理局制定了具有自主知识产权的ECC国家标准算法（即SM2算法），公布了相关标准及规范，并要求相关行业采用SM2算法替换RSA算法。同时，针对ECC算法的旁路攻击技术也是层出不穷，其中功耗分析攻击就是利用ECC在加解密过程中泄露的功耗信息进行攻击，这种攻击方法效率高，威胁性大。因此，ECC国家标准算法如何高速实现及其抗功耗分析攻击的研究成为当前及未来密码产业关注的热点。本文针对ECC的应用需求，设计了一款面向SOC设计的素数域上ECC加速器IP，结合ECC算法原理和硬件实现的特点，提出一种安全、高效、易实现的算法方案，用软件验证了方案的正确性和可行性后，采用verilog硬件描述语言完成ECC加速器的RTL设计，并通过详细的仿真验证及逻辑综合，验证了加速器的算法正确性、速度以及面积等性能指标。除此之外，本文针对加密算法搭建了功耗分析攻击平台，为验证ECC加速器抗功耗分析攻击的能力奠定了基础。本文实现的加速器支持192/256bit多种椭圆曲线的应用，支持固定基单基点乘和双点乘运算，其中双点乘运算中提出了从左到右联合编码和Shamir双点乘相结合的快速算法。加速器基于SMIC0.13um工艺和200MHz频率，256bit素数域上每秒能完成5000次签名和1600次验证。这对于今后高性能的密码芯片产品研发有着重要的参考意义。
【作者】曹杰；
【导师】郭裕顺；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，集成电路工程，2014，硕士
【关键词】椭圆曲线密码体制；点乘；SM2；加速器；功耗分析攻击；

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