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An energy-efficient reconfigurable asymmetric modular cryptographic operation unit for RSA and ECC

Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering 2022年第1期23卷 134-144页

作者： mengni bie Wei LI Tao CHEN Longmei NAN Danyang YANG Information Engineering University Zhengzhou450001China State Key Lab of ASIC and System Fudan UniversityShanghai200000China

RSA and ellipse curve cryptography(ECC)algorithms are widely used in authentication,data security,and access *** this paper,we analyze the basic operation of the ECC and RSA algorithms and optimize their modular multiplication and modular inversion *** then propose a reconfigurable modular operation architecture,with a mix-memory unit and double multiply-accumulate structures,to realize our unified,asymmetric cryptosystem structure in an operational *** with 55-nm CMOS process,our design runs at 588 MHz and requires only 437801µm2 of hardware *** proposed design takes 21.92 and 23.36 mW for 2048-bit RSA modular multiplication and modular inversion respectively,as well as 16.16 and 15.88 mW to complete 512-bit ECC dual-field modular multiplication and modular inversion *** is more energy-efficient and flexible than existing single algorithm *** with existing multiple algorithm units,our proposed method shows better *** operation unit is embedded in a 64-bit RISC-V processor,realizing key generation,encryption and decryption,and digital signature functions of both RSA and *** proposed design takes 0.224 and 0.153 ms for 256-bit ECC point multiplication in G(p)and G(2^(m))respectively,as well as 0.96 ms to complete 1024-bit RSA exponentiation,meeting the demand for high energy efficiency.

关键词： Modular operation unit Reconfigurable High energy efficiency

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RISCV密码专用处理器能效概率模型与体系结构研究

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电子与信息学报 2021年第6期43卷 1541-1549页

作者：李伟别梦妮陈韬吴艾青南龙梅解放军信息工程大学郑州450000 复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室上海200433

该文以高能效为目标,建立了密码专用处理器能效概率模型,并指导高能效密码专用处理器体系结构设计。该文将面向密码领域的专用指令处理器设计空间探索问题描述为“1”值在配置矩阵中的定位问题,通过引入概率矩阵进一步将定位问题转化为... 详细信息

该文以高能效为目标,建立了密码专用处理器能效概率模型,并指导高能效密码专用处理器体系结构设计。该文将面向密码领域的专用指令处理器设计空间探索问题描述为“1”值在配置矩阵中的定位问题,通过引入概率矩阵进一步将定位问题转化为最优配置的概率问题,并基于机器学习思想提出了密码专用处理器最高能效概率模型。实验证明,该文提出的能效概率模型平均经过2300次迭代输出最终结果,且预测准确率达到92.7%。根据最高能效概率模型,对密码专用处理器设计空间进行探索,获取满足高能效需求的密码专用处理器运算单元集合,以扩展指令的方式将其集成到开源通用64位RISCV处理器核心Araine中,提出高能效密码专用处理器体系结构。将该处理器在CMOS 55 nm工艺下进行逻辑综合,结果表明,该文提出的RISCV密码专用处理器与扩展前相比面积增大了426874 mm^(2),关键延迟增加了0.51 ns,完成密码算法总时间面积积增幅之和为0.46,执行常见密码算法能效比在1.61~35.16 Mbps/mW范围内。

关键词：密码处理器机器学习能效概率模型高能效

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