[發(fā)明專利]一種基于四基二進制底層模運算的快速加密系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-06-24
• 公開（公告）號: CN110493003B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡恩;熊曉明;黃宏敏;張明森
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L29/06
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明公開了一種基于四基二進制底層模運算的快速加密系統(tǒng)，包括用于實現(xiàn)系統(tǒng)的簽名驗簽和加解密功能的協(xié)議層，以及用于實現(xiàn)曲線域算術(shù)和素數(shù)域模運算的運算層，其中：所述的運算層包括標量乘模塊，標量乘模塊上連接有用于進行雜湊運算的SM3模塊、用于產(chǎn)生隨機數(shù)的隨機數(shù)發(fā)生器，標量乘模塊包括點加模塊和倍點模塊，用于實現(xiàn)模逆、模乘和模加減運算；本方案通過改進橢圓曲線加密系統(tǒng)的底層模運算，實現(xiàn)了基于四基二進制底層模運算的快速加密系統(tǒng)，本專利的主要創(chuàng)新點在于將四基二進制快速模運算引入橢圓曲線加密系統(tǒng)，進而提升加密系統(tǒng)的運算效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路中加密通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)加密、解密和數(shù)據(jù)簽名、驗簽的快速加密系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近十年間，信息技術(shù)飛速發(fā)展，計算機網(wǎng)絡(luò)和移動終端大大普及，信息傳輸量驟然增加。其中包涵了大量有關(guān)軍事、政治、經(jīng)濟、個人的重要的信息，如果在信息的傳播和共享的過程中遭到竊聽、篡改、截取或者破壞，將會造成不可估量的損失。因此，信息安全問題成為了越來越重要的課題，人們也對信息安全提出了更高的要求。密碼技術(shù)是解決信息安全問題的重要組成部分，數(shù)據(jù)加密算法是其中的核心和關(guān)鍵。

橢圓曲線加密算法是目前國際上研究比較熱門的加密方法，比起RSA算法，橢圓曲線加密算法具有破解難度高，密鑰短的特點，是未來實現(xiàn)數(shù)據(jù)簽名驗簽的主流算法之一。但是，普通的橢圓曲線加密算法需要多個運算模塊(模加減、模逆、模乘、點加、倍點、標量乘、協(xié)議層)的配合調(diào)用，其運算復雜度較高，如果不加處理，普通的橢圓曲線加密系統(tǒng)將耗費巨大的運算時間和運算資源，造成數(shù)據(jù)源加解密以及簽名驗簽的延時特別嚴重，這大大限制了橢圓曲線加密算法的應用場景，甚至危及加密系統(tǒng)的時序環(huán)境，造成加密芯片內(nèi)部功能紊亂等一系列設(shè)計問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有橢圓曲線加密技術(shù)的缺點與不足，本發(fā)明的目的是提供一種適用于片上系統(tǒng)(Soc)的基于四基二進制底層模運算的快速加密系統(tǒng)，保障數(shù)據(jù)加密通信的時效性；該系統(tǒng)在滿足芯片低功耗和面積的前提下，能對通信內(nèi)容進行簽名驗簽，數(shù)據(jù)加解密。

為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于四基二進制底層模運算的快速加密系統(tǒng)，包括用于實現(xiàn)系統(tǒng)的簽名驗簽和加解密功能的協(xié)議層，以及用于實現(xiàn)曲線域算術(shù)和素數(shù)域模運算的運算層，其中：所述的運算層包括標量乘模塊，標量乘模塊上連接有用于進行雜湊運算的SM3模塊、用于產(chǎn)生隨機數(shù)的隨機數(shù)發(fā)生器，標量乘模塊包括點加模塊和倍點模塊，用于實現(xiàn)模逆、模乘和模加減運算；所述的系統(tǒng)工作方式如下：

(1)對于發(fā)送方

發(fā)送選擇需要使用的功能，如選擇對數(shù)據(jù)通信進行簽名，則執(zhí)行步驟10；如選擇對通信數(shù)據(jù)進行加密，則執(zhí)行步驟20：

選擇簽名方式的流程如下：

步驟10，發(fā)送方將私鑰和待簽名消息輸入系統(tǒng)；

步驟11，系統(tǒng)調(diào)用隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生256位的隨機數(shù)K；

步驟12，檢測隨機數(shù)K是否符合加密要求，即判斷K是否滿足1≤K≤n-1；如不滿足則通過隨機數(shù)發(fā)生器重新產(chǎn)生隨機數(shù)K；其中，n表示橢圓曲線基點G的階；

步驟13，將符合加密要求的隨機數(shù)K發(fā)送給標量乘模塊，計算標量乘[K]G；其中G表示橢圓曲線的基點；同時，發(fā)送方需要簽名的消息傳遞至SM3模塊進行雜湊運算；

標量乘模塊運算完畢后返回的結(jié)果是一個點的坐標，記為(x1,y1)；SM3模塊運算后返回的是一個比特串u；

步驟14，計算r＝x1 mod n，然后判斷r是否為0，如果為0，則說明隨機數(shù)K不符合要求，則重新生成隨機數(shù)K并執(zhí)行步驟12至步驟14；如果r不為0，則說明簽名計算正確；

步驟15，通過標量乘模塊計算s＝K*(u+r*dA)mod n，其中dA表示發(fā)送方的私鑰；