타원곡선 암호프로세서의 재구성형 하드웨어 구현을 위한 GF(2m)상의 새로운 연산기
A Novel Arithmetic Unit Over GF(2m) for Reconfigurable Hardware Implementation of the Elliptic Curve Cryptographic Processor
김창훈(대구대학교); 유기영(경북대학교); 권순학(성균관대학교); 홍춘표(대구대학교)
31권 8호, 453~464쪽
초록
유연성을 제공하지 못하는 ASIC 구현의 단점을 해결하기 위해, 본 논문에서는 타원곡선 암호프로세서의 재구성형 하드웨어(FPGAs) 구현을 위한 GF(2m)상의 새로운 연산기를 제안한다. 제안된 연산기는 바이너리 확장 GCD 알고리즘과 MSB 우선 곱셈 알고리즘을 기반으로 하며, 전역신호 전파를 제거하기 위해 시스톨릭 구조로 설계되었다. 제안된 구조는 GF(2m)상의 나눗셈 및 곱셈 모두를 수행 할 수 있다. 즉 연속된 입력 데이타에 대해 나눗셈 모드에서 초기 5m-2 클럭 사이클 지연 후 매번 m 클럭 사이클 비율로 나눗셈의 결과를 출력하며, 곱셈 모드에서 초기 3m 클럭 사이클 지연 후 매번 m 클럭 사이클 비율로 곱셈의 결과를 출력한다. 본 논문에서 제안된 연산기를 동일한 입출력 형태를 가지는 기존의 나눗셈기들과 비교 분석한 결과 기존의 나눗셈기들이 O(m2) 혹은 O(m·(log2m))의 면적 복잡도를 가지는 반면 제안된 연산기는 O(m)의 면적 복잡도를 가진다. 또한 제안된 구조는 O(m·(log2m))의 면적 복잡도를 가지는 나눗셈기에 비해 훨씬 낮은 계산 지연시간을 가진다. 제안된 연산기를 Altera사의 FPGA칩인 EP2A70F1508C-7 디바이스에서 구현한 결과 GF(2571)상에서 최대 121MHz의 주파수에서 동작하였고, 52%의 칩 면적을 사용하였다. 따라서, 본 연구에서 제안된 산술 연산기는 FPGAs상에서 구현되는 타원곡선 암호프로세서의 나눗셈 및 곱셈 연산기로 매우 적합하다.
Abstract
In order to solve the well-known drawback of reduced flexibility that is associate with ASIC implementations, this paper proposes a novel arithmetic unit over GF(2m) for field programmable gate arrays (FPGAs) implementations of elliptic curve cryptographic processor. The proposed arithmetic unit is based on the binary extended GCD algorithm and the MSB-first multiplication scheme, and designed as systolic architecture to remove global signals broadcasting. The proposed architecture can perform both division and multiplication in GF(2m). In other word, when input data come in continuously, it produces division results at a rate of one per m clock cycles after an initial delay of 5m-2 in division mode and multiplication results at a rate of one per m clock cycles after an initial delay of 3m in multiplication mode respectively. Analysis shows that while previously proposed dividers have area complexity of O(m2) or O(m·(log2m)), the proposed architecture has area complexity of O(m), In addition, the proposed architecture has significantly less computational delay time compared with the divider which has area complexity of O(m·(log2m)). FPGA implementation results of the proposed arithmetic unit, in which Altera's EP2A70F1508C-7 was used as the target device, show that it ran at maximum 121MHz and utilized 52% of the chip area in GF(2571). Therefore, when elliptic curve cryptographic processor is implemented on FPGAs, the proposed arithmetic unit is well suited for both division and multiplication circuit.
- 발행기관:
- 한국정보과학회
- 분류:
- 컴퓨터학