高性能Ed25519算法硬件架构设计与实现

• 作者: 于斌 黄海 刘志伟 赵石磊 那宁
• 来源期刊: 电子与信息学报
• 关键词: 椭圆曲线数字签名算法 爱德华兹曲线 硬件实现 标量乘 快速模约简
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: 电路与系统设计|Circuit and System Design
• 页码范围: 1821-1827
• 页数: 7页
• 分类号: TN918|TP309
• 语种: 中文
• DOI: 10.11999/JEIT200876

摘要

针对签名验签速度难以满足特定应用领域需求的问题,该文设计了一种高性能Ed25519算法的硬件实现架构.采用宽度为2 bit的窗口法实现标量乘运算,减少了标量乘所需的总周期数;通过优化点加倍点操作步骤,提高了乘法器的硬件使用率;使用低计算复杂度的快速模约简实现模乘,提高了整体运算速度.为了使模L运算可复用标量乘中的快速模约简,该文提出一种基于Barrett约简的模L算法.通过优化解压过程中模幂操作过程,精简了步骤并使其可复用模乘.对所提架构做硬件实现,在TSMC的55 nm CMOS工艺下,面积为746×103等效门,最高频率360 MHz,每秒能够执行公钥生成9.06×104次、签名8.82×104次和验签3.99×104次.