[發(fā)明專利]一種用于雙線性對的四輸入FIOS模乘算法及架構(gòu)設(shè)計

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• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113190211A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃海;孫銘瑋;徐江
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F7/72
• 分類號: G06F7/72;H04L9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種用于雙線性對的四輸入FIOS模乘算法及架構(gòu)設(shè)計，涉及高性能標識密碼硬件設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，包括：四輸入FIOS模乘算法根據(jù)雙線性對中二次擴域乘法運算的特點對原始FIOS模乘算法進行改進，通過對約減的合并減少了冗余計算，對四輸入FIOS模乘算計算步驟進行并行排布減少計算所需周期，設(shè)計適合四輸入FIOS模乘算的結(jié)構(gòu)完成二次擴域下(A·B+C·D)modN的模乘運算，在計算256位模乘且操作位寬為64位時，僅需33個周期，最大運算速率達2.0Ghz，耗時16.5ns即可完成，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的雙線性對運算慢；通過減少二次擴域模乘實現(xiàn)的硬件消耗資源，減少了時鐘周期，達到更短時間完成雙線性對中的模乘運算，最終得以快速實現(xiàn)雙線性對運算的目的。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高性能標識密碼硬件設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于雙線性對的四輸入FIOS模乘算法及架構(gòu)設(shè)計。

背景技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以其為基礎(chǔ)設(shè)施的平臺對社會中信息交流影響越來越大，同時網(wǎng)絡(luò)空間收到的威脅也逐年增加，敏感信息的安全保障不僅存在于個人和企業(yè)，甚至能威脅到國家的安全，加強互聯(lián)網(wǎng)空間安全早已成為國家安全戰(zhàn)略層次的重要部分，因此如何保障網(wǎng)絡(luò)安全是一個熱點。

非對稱密碼體系(又稱為公鑰密碼)作為現(xiàn)代密碼學中的重要組成部分不僅有加密信息的編碼技術(shù)，還有如數(shù)字簽名和認證等安全服務(wù)。然而在傳統(tǒng)公鑰密碼體系中需要使用公鑰證書證明身份，因此面對用戶量大的情況進行證書的管理和驗證需要巨大的存儲和計算資源，為彌補這一問題，Shamir在1985年提出基于標識的密碼體系，該體系中用戶使用個人身份信息作為密鑰的生成，無需公鑰證書的流程大幅度節(jié)省了資源，2001年Boneh和Franklin使用雙線性對構(gòu)造了實用的基于標識的密碼方案，因此雙線性對成為密碼領(lǐng)域的研究熱點。

雙線性對經(jīng)過十幾年的發(fā)展，逐漸被廣泛應(yīng)用于構(gòu)造密碼協(xié)議，但由于雙線性對的計算復雜，其計算速度成為制約其被廣泛推廣的問題所在，因此不斷對其改進算法以及設(shè)計適合的硬件加速器以提高雙線性對的執(zhí)行效率，模乘作為雙線性對的基本計算與其執(zhí)行效率聯(lián)系密切，基本的素數(shù)域模乘是計算形如A·BmodN的操作，而在雙線性對的基本域二次擴域中的模乘操作是形如(A·B+C·D)modN的操作，使用基本模乘計算二次擴域的模乘結(jié)果會有計算量冗余導致效率低的問題，因此需要構(gòu)造一個用于二次擴域的模乘來提高雙線性對的計算效率。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述存在的問題，本發(fā)明提供一種用于雙線性對的四輸入FIOS模乘算法及架構(gòu)設(shè)計，通過對基本FIOS模乘的部分積共享，將兩個用于素數(shù)域的FIOS模乘組合，得到用于二次擴域的四輸入FIOS模乘，減少了冗余計算，對四輸入FIOS模乘通過復用寄存器和重新排布時序等方式，減少硬件消耗資源以及減少了時鐘周期，達到更短時間完成雙線性對中的模乘運算，最終得以快速實現(xiàn)雙線性對運算的目的。

本發(fā)明實施例公開一種用于雙線性對的四輸入FIOS模乘算法及架構(gòu)設(shè)計，其特征在于，包括：四輸入FIOS模乘算法、并行的四輸入FIOS模乘、四輸入FIOS模乘結(jié)構(gòu)；

所述改四輸入FIOS模乘算法根據(jù)雙線性對中二次擴域乘法運算的特點對FIOS模乘進行改進，得到用于二次擴域的四輸入FIOS模乘算法，對四輸入FIOS模乘算法的計算步驟進行并行排布減少計算所需周期，設(shè)計適合四輸入FIOS模乘的結(jié)構(gòu)完成二次擴域下(A·B+C·D)modN的模乘運算。

進一步地，所述四輸入FIOS模乘算法，其特征在于將兩個計算A·BmodN的FIOS模乘組合，改進為計算(A·B+C·D)modN的二次擴域模乘；