基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器及加速方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器及加速方法，其中基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器，包括：ARM处理器和可编程逻辑器，ARM处理器与可编程逻辑器通信连接，可编程逻辑器包括点加调度器和多个蒙哥马利模乘器，点加调度器分别与ARM处理和多个蒙哥马利模乘器通信连接。本发明专利技术在可编程逻辑器中设置四个蒙哥马利模乘器，以及一个点加调度器，处理器通过HP总线接口对点加调度器进行控制和数据交换，除了四个蒙哥马利模乘器和一个点加调度器占用少量逻辑资源，本发明专利技术不需要额外的硬件资源；本发明专利技术中将点加运算进行分解后，采用四个蒙哥马利模乘器进行并行运算，大幅度地提高了点加运算的运算效率，缩短了运算时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及椭圆曲线点加计算
，特别是涉及一种基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器及加速方法。
技术介绍
椭圆曲线加密算法(ECC)主要是利用了椭圆曲线上的点乘的不可逆特性，从而保证了签名或加密的安全性。而点乘运算则是由多个点加运算迭代完成(点加运算包括了倍点运算)。在椭圆曲线算法中，点加运算往往是从普通坐标系映射到仿射坐标系，通过Montgomery模乘器(蒙哥马利模乘器)计算完成。每一次点加运算包含16次蒙哥马利模乘器的调用，以及一些普通模加、模减运算，现有的方法是依次完成这16次蒙哥马利模乘器的模乘。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器及加速方法，采用四个蒙哥马利模乘器并行计算，大幅度地提高了点加运算的运行效率。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器，包括：ARM处理器和可编程逻辑器，ARM处理器与可编程逻辑器通信连接，可编程逻辑器包括点加调度器和多个蒙哥马利模乘器，点加调度器分别与ARM处理和多个蒙哥马利模乘器通信连接。所述多个蒙哥马利模乘器包括四个蒙哥马利模乘器。所述点加调度器包括调度控制单元和参数缓存单元，调度控制单元分别与ARM处理器、参数缓存单元和多个蒙哥马利模乘器通信连接。基于Zynq的椭圆曲线点加运算的加速方法，包括：S1.定义输入为A(x,y,z)、B(x,y,z)，即Ax、Ay、Az、Bx、By、Bz；运算结果为R(x,y,z)，即Rx、Ry、Rz；处理器向可编程逻辑器输入模数M、参数n0，以及Ax、Ay、Az、Bx、By、Bz；S2.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值t1、t2、t3和t4；S3.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值n1、n2、n3和n4；S4.处理器从点加调度器中获取中间值n1、n2、n3和n4，计算得到中间值n5、n6、n7和n8，并将中间值n5、n6、n7和n8输入点加调度器；S5.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值t1'、t2'、t3'和t4'；S6.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值t5、t6和Rz；S7.处理器从点加调度器中获取t3'、t5、t6和Rz，计算得到Rx、n9和Ry。每次点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器进行计算前，处理器启动相应的运算开关。步骤S2～S7中，t3＝Ay×Bz，t4＝By×Az；n1＝Ax×t1，n2＝t3×t1，n3＝Bx×t2，n4＝t4×t2；n5＝n1-n3，n6＝n2-n4，n7＝n1+n3，n8＝n2+n4；t1'＝Az×Bz，t4'＝n5×n8；Rz＝n5×t1'，t5＝t2'×n7，t6＝t4'×t2'；Rx＝t3'-t5，n9＝t5-2Rx，Ry＝n6×n9，Ry＝Ry-t6，Ry＝Ry/2。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术在可编程逻辑器中设置四个蒙哥马利模乘器，以及一个点加调度器，处理器通过HP总线接口对点加调度器进行控制和数据交换，除了四个蒙哥马利模乘器和一个点加调度器占用少量逻辑资源，本专利技术不需要额外的硬件资源；(2)本专利技术中将点加运算进行分解后，采用四个蒙哥马利模乘器进行并行运算，大幅度地提高了点加运算的运算效率，缩短了运算时间。附图说明图1为本专利技术中点加运算加速器的一个实施例的示意图；图2为本专利技术中点加运算的加速方法的一个实施例的流程示意图。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器，包括：ARM处理器(Processing System,PS)和可编程逻辑器(Programmable Logic,PL)，ARM处理器通过HP(High Performamce AXI)总线与可编程逻辑器通信连接，可编程逻辑器包括点加调度器(PAM)和多个蒙哥马利模乘器(Montgomery Module Multiplier,MMM)，点加调度器(Point Adder Manager,PAM)分别与ARM处理和多个蒙哥马利模乘器通信连接。所述多个蒙哥马利模乘器包括四个蒙哥马利模乘器。所述点加调度器包括调度控制单元和参数缓存单元，调度控制单元分别与ARM处理器、参数缓存单元和多个蒙哥马利模乘器通信连接。本实施例中，点加运算加速器基于Xilinx的zynq系列SOC架构，ARM处理器通过HP总线接口对点加调度器进行访问，从而并行调度四个蒙哥马利模乘器进行运算，由于点加运算的中间步骤并不完全相互依赖，因而，通过对四个蒙哥马利模乘器进行合理调度，并行完成一部分中间步骤的运算，能够有效的提高点加运算的效率，缩短运算时间。如图2所示，基于Zynq的椭圆曲线点加运算的加速方法，包括：S1.定义输入为A(x,y,z)、B(x,y,z)，即Ax、Ay、Az、Bx、By、Bz；运算结果为R(x,y,z)，即Rx、Ry、Rz；处理器向可编程逻辑器输入模数M、参数n0，以及Ax、Ay、Az、Bx、By、Bz；模数M、参数n0是蒙哥马利模乘器的输入参数，一次点加运算，所有的蒙哥马利模乘所需要的M和n0都是一致的，可以认为这是两个常数。S2.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值t1、t2、t3和t4；其中，t3＝Ay×Bz，t4＝By×Az。S3.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值n1、n2、n3和n4；其中，n1＝Ax×t1，n2＝t3×t1，n3＝Bx×t2，n4＝t4×t2。S4.处理器从点加调度器中获取中间值n1、n2、n3和n4，计算得到中间值n5、n6、n7和n8，并将中间值n5、n6、n7和n8输入点加调度器；其中，n5＝n1-n3，n6＝n2-n4，n7＝n1+n3，n8＝n2+n4。S5.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值t1'、t2'、t3'和t4'；其中，t1'＝Az×Bz，t4'＝n5×n8。S6.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值t5、t6和Rz；其中，Rz＝n5×t1'，t5＝t2'×n7，t6＝t4'×t2'。S7.处理器从点加调度器中获取t3'、t5、t6和Rz，计算得到Rx、n9和Ry，从而得到运算结果R(x,y,z)；其中，Rx＝t3'-t5，n9＝t5-2Rx，Ry＝n6×n9，Ry＝Ry-t6，Ry＝Ry/2。本实施例中，点加运算的过程如表1所示：点加运算的分解表表1中t1、t2、t3、t4、t1'、t2'、t3'、t4'、t5、t6、n1、n2、n3、n4、n5、n6、n7、n8和n9为点加调度器中的数据缓存结构，ARM处理器通过HP总线接口对点加调度器进行访问。如表1所示，设完成一个蒙哥马利模乘所需时间为T，则在一个T内蒙哥马利模乘器MMM1～MMM4可并行完成4次蒙哥马利模乘，在4T内可以完成15次蒙哥马利模乘运算；设ARM处理器顺序完成某些计算所需时间为X；椭圆曲线点加运算采用表1所示并行操作(即本专利技术的方案)相较于现有的计算操作可以节约总时间为11T。进一步的，每次点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器进行计算前，处理器启动相应的运算开关。以上所述仅是本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器，其特征在于，包括：ARM处理器和可编程逻辑器，ARM处理器与可编程逻辑器通信连接，可编程逻辑器包括点加调度器和多个蒙哥马利模乘器，点加调度器分别与ARM处理和多个蒙哥马利模乘器通信连接。

【技术特征摘要】
1.基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器，其特征在于，包括：ARM处理器和可编程逻辑器，ARM处理器与可编程逻辑器通信连接，可编程逻辑器包括点加调度器和多个蒙哥马利模乘器，点加调度器分别与ARM处理和多个蒙哥马利模乘器通信连接。2.根据权利要求1所述的基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器，其特征在于，所述多个蒙哥马利模乘器包括四个蒙哥马利模乘器。3.根据权利要求1所述的基于Zynq的椭圆曲线点加运算加速器，其特征在于，所述点加调度器包括调度控制单元和参数缓存单元，调度控制单元分别与ARM处理器、参数缓存单元和多个蒙哥马利模乘器通信连接。4.基于Zynq的椭圆曲线点加运算的加速方法，其特征在于，包括：S1.定义输入为A(x,y,z)、B(x,y,z)，即Ax、Ay、Az、Bx、By、Bz；运算结果为R(x,y,z)，即Rx、Ry、Rz；处理器向可编程逻辑器输入模数M、参数n0，以及Ax、Ay、Az、Bx、By、Bz；S2.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值t1、t2、t3和t4；S3.点加调度器并行调用四个蒙哥马利模乘器计算得到中间值n1、n2、n3和n4；S4.处理器从点...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴汶泰，詹璨铭，
申请(专利权)人：四川卫士通信息安全平台技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51