[發明專利]基于輕量級模乘的SM2數字簽名生成與驗證器

有效

• 申請號: 202110479415.1
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113193962B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 陳付龍;張亭亭;劉揚;張吉;李宗平;謝冬;沈展;齊學梅;程桂花;徐晟
• 申請（專利權）人: 安徽師范大學
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 董杰

本發明提供了一種基于輕量級模乘的SM2數字簽名生成與驗證器至少包括一個頂層控制模塊、一個數據輸入單元、一個數據輸出單元、一個輕量級模乘器、一個SM2數字簽名生成模塊、一個SM2數字簽名驗證模塊和一套改進的相關運算的運算器。本發明利用交錯模乘算法邊乘邊模的思想，將復雜的模乘算法簡化為普通的加減法與移位操作，在提高模乘速度的同時盡可能少地消耗資源面積，從而進一步影響上層算法的效率，對最終構建的應用層的SM2數字簽名算法提供了更快速的方式。

技術領域

本發明涉及密碼學與信息安全，特別是涉及一種基于輕量級模乘的SM2數字簽名生成與驗證器。

背景技術

在公鑰密碼體制中，橢圓曲線加密ECC憑借其高安全性、密鑰量小、靈活性好等優勢，成為了網絡安全、物聯網、射頻、區塊鏈等新興技術領域的研究熱點之一。其中，SM2橢圓曲線公鑰密碼算法作為ECC加密的一種延展算法，具備ECC算法在同等安全等級下密鑰量更小的優勢。因此，SM2算法被廣泛應用于軟件與技術的加解密、數字簽名等領域。

從軟件實現角度，SM2算法的計算復雜度相對較低、實現方式靈活，因此常與OpenSSL相結合在個人電腦設備與服務器端用以保護商業設備網絡安全。而面對使用微控制器等要求低功耗、高計算效率的場景時，軟件實現的計算效率難以滿足。使用硬件實現SM2算法可以解決這一問題，相比軟件實現不僅具備更高的加密與簽名效率，更可將算法封裝并集成于物端設備中，提供更高層次、更低功耗的安全性。

但是SM2數字簽名算法固化為硬件時存在功耗大、資源消耗高等問題。因此，急需要提供一種基于輕量級模乘的SM2數字簽名生成與驗證器來解決該問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于輕量級模乘的SM2數字簽名生成與驗證器，該SM2數字簽名生成與驗證器簡化了復雜度，提升了運算速度，節省了資源開銷。

為了實現上述目的，本發明提供了一種基于輕量級模乘的SM2數字簽名生成與驗證器，包括：

頂層控制模塊，與SM2數字簽名生成模塊、SM2數字簽名驗證模塊、數據輸入單元和數據輸出單元連接，用于在通過數據輸入單元選擇相應功能后，觸發相應器件，控制SM2數字簽名生成模塊與SM2數字簽名驗證模塊的狀態和計算過程，并通過數據輸出單元將結果輸出；

數據輸入單元和數據輸出單元，與頂層控制模塊、SM2數字簽名生成模塊和SM2數字簽名驗證模塊相連接，用于接收外界輸入的數據，包括橢圓曲線相關參數、用戶的原始數據、公鑰和私鑰，由頂層控制模塊將輸入數據傳送給對應的生成模塊和驗證模塊。同時在計算出結果后由頂層控制模塊發出信號，使SM2數字簽名生成模塊和SM2數字簽名驗證模塊將結果輸出給相對應的用戶；

輕量級模乘器，與SM2數字簽名生成模塊和SM2數字簽名驗證模塊連接，用于根據實際情況在SM2數字簽名生成模塊和SM2數字簽名驗證模塊中模乘計算，并將結果送給SM2數字簽名生成模塊和SM2數字簽名驗證模塊；

SM2數字簽名生成模塊，基于輕量級模乘器和改進的相關運算的運算器，由頂層控制模塊控制，對輸入的數據進行處理，最終得到生成的簽名，并在頂層控制模塊的觸發下將結果輸送給數據輸出單元；

SM2數字簽名驗證模塊，基于輕量級模乘器和改進的相關運算的運算器，由頂層控制模塊觸發，對接收的簽名進行驗證，最終得到驗證通過與否標志，并由頂層控制模塊控制輸出標志信號給數據輸出單元；

改進的相關運算的運算器，與SM2數字簽名生成模塊和SM2數字簽名驗證模塊連接，用于在SM2數字簽名生成模塊和SM2數字簽名驗證模塊中計算相應的相關底層運算，包括模運算和點運算。

優選地，改進的相關運算的運算器包括：

模加/模減模塊，用于在Jacobian加重射影坐標系下計算SM2數字簽名生成與驗證器中的模加和模減運算結果；