低功耗RSA加密电路的设计与实现
便携式数字移动终端、移动支付等服务在互联网技术的推动下蓬勃发展，移动设备的安全性和保密性也越来越受到重视。RSA密码算法是目前应用最广泛的公钥密码算法，为了将RSA加密技术应用于移动通信设备领域，本文从提高算法吞吐率和降低算法电路功耗两个方面，设计并实现了一种高能效的RSA加密算法电路。 RSA的核心算法是大数模乘运算，蒙哥马利(Montgomery)模乘算法基于加法和移位操作实现模乘运算，有效避免了求模计算中最耗时的试除运算，被认为是目前最高效的模乘算法。本文在借鉴国内外研究成果的基础上，进一步对Montgomery模乘算法进行了低功耗的优化，优化后的算法通过降低算法电路中进位保留加法器的级数，减少了核心数据通路所占用的资源，同时采用无效循环过滤的方法消除了算法中无效的累加循环，有效提高了算法的吞吐率并降低了算法电路的功耗。在电路实现方面，本文通过信号合并、资源复用以及时钟门控技术等方法对电路进行了低功耗优化，有效降低了电路功耗。最后，本文基于对电路延时模型与电路功耗模型的分析，探索了一种充分利用电路延时冗余，通过工作电压的调整降低电路功耗的方法。 本文基于优化后的Montgomery模乘算法实现了RSA加密电路的设计，完成了电路的功能仿真和功耗仿真。功能仿真在输入激励为随机密钥和随机明文时共进行200万次RSA加密运算，仿真结果显示电路的功能正确;基于标准单元库的功耗仿真结果表明，在工作频率为25MHz时电路的加密吞吐率为13.6kbps，功耗吞吐率比为0.53mW/kbps;最后，利用电路的延时冗余，通过工作电压的调整使电路的功耗吞吐率比最低下降至0.18mW/kbps。
RSA加密电路;低功耗设计;模乘算法;信号合并;时钟门控
东南大学
硕士
微电子学与固体电子学
杨军
2014
中文
TN402
66
2015-05-20（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）