基于流水線的RSA加密算法硬件實現
電子技術應用
楊龍飛，盧仕，彭曠
湖北大學 微電子學院，湖北 武漢 430062
摘要： 針對硬件實現高位RSA加密算法成本比較高的問題，在傳統的基4蒙哥馬利（Montgomery）算法上進行改進。首先引入CSA加法器快速完成大數的加法計算；然后在后處理上做優化，以減少每次蒙哥馬利計算的大數個數；最后在計算RSA加密算法時加入了流水線，在并行執行RSA加密的條件下降低硬件資源的使用。在Xilinx XC7K410T系列的FPGA開發板上的實驗結果表明，在保證加密速率的前提下，改進的RSA加密算法結構使用的硬件資源是原來并行結構的1/2，而且可以在更高的頻率下工作。
中圖分類號：TP039 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.234404
中文引用格式： 楊龍飛，盧仕，彭曠. 基于流水線的RSA加密算法硬件實現[J]. 電子技術應用，2024，50(1)：66-70.
英文引用格式： Yang Longfei，Lu Shi，Peng Kuang. Hardware implementation of RSA encryption algorithm based on pipeline[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(1)：66-70.
中文引用格式： 楊龍飛，盧仕，彭曠. 基于流水線的RSA加密算法硬件實現[J]. 電子技術應用，2024，50(1)：66-70.
英文引用格式： Yang Longfei，Lu Shi，Peng Kuang. Hardware implementation of RSA encryption algorithm based on pipeline[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(1)：66-70.
Hardware implementation of RSA encryption algorithm based on pipeline
Yang Longfei，Lu Shi，Peng Kuang
School of Microelectronics， Hubei University， Wuhan 430062， China
Abstract： To address the high cost of implementing long-bits RSA encryption algorithms in hardware, improvements have been made to the traditional radix-4 Montgomery algorithm. Firstly, a Carry-Save Adder (CSA) is introduced to efficiently complete large numbers of addition computations. Optimization is then carried out in post-processing to reduce the number of large numbers to be calculated at each Montgomery computation. Finally, a pipelining technique is incorporated into the RSA encryption algorithm for parallel execution, thereby reducing the use of hardware resources. Experimental results on a Xilinx XC7K410T FPGA development board demonstrate that while maintaining encryption speed, the hardware resources used by the improved RSA encryption algorithm are only half of those of the previous parallel structure and can operate at higher frequencies.
Key words : RSA encryption；Montgomery algorithm；FPGA hardware implementation；pipeline
引言
從古到今，信息安全都是一項值得注意的問題，如今也有許多可考究的古代密碼學的應用。直到1976年，幾乎所有的加密方法都是同一種模式：加解密使用同樣的密鑰。但在1976年兩位美國計算機學家提出了Diffie-Hellman密鑰交換算法，非對稱加密算法便由此誕生[1-2]。非對稱加密算法有兩個不同密鑰——公鑰和私鑰，公鑰用來加密明文，私鑰用來解密密文。而RSA加密算法便是非對稱加密算法中的一種。密碼學不斷發展的今天，RSA加密算法已經成為國際公認的比較理想的一種加密算法[3-5]。
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作者信息：
楊龍飛，盧仕，彭曠
（湖北大學 微電子學院，湖北 武漢 430062）
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