[发明专利]ECC协处理器

说明书

技术领域

本发明涉及公钥密码算法的实现技术，更具体而言涉及大整数模乘、模加/模减、模幂以及素数域上椭圆曲线的点加/点倍运算的硬件实现。

背景技术

当前主流的公钥密码算法有RSA和椭圆曲线密码(ECC)两种，RSA是基于大整数运算实现的，ECC一般基于两种有限域：二元扩域和素数域(Fp)，其中Fp上ECC的实现也基于大整数运算，这使得RSA和Fp上的ECC很方便用同一个协处理器实现，因此Fp上的ECC协处理器大都同时支持ECC和RSA算法。ECC协处理器一般为一个集成电路(IC)模块，最典型的型态是IP核。

为了满足应用对于ECC性能的要求，一般采用软硬件协同的方式实现ECC算法：将一些耗时的关键运算用ECC协处理器实现，其余部分用外部控制器的软件实现。实现ECC算法涉及到的运算包括大整数运算(模乘、模加/模减、模逆)和有限域上的椭圆曲线点运算(点加、点倍、点乘)，而ECC协处理器选择实现哪些运算将导致其功能定义和实现结构的差异。

根据现有的ECC协处理器的功能定义可分为两大类：1、不实现椭圆曲线点运算；2、实现椭圆曲线点运算。

不实现点运算的ECC协处理器仅实现大整数运算，需要外部控制器用软件实现椭圆曲线点运算，再实现完整的ECC算法，这导致ECC算法的实现效率不高。但是这种ECC协处理器的优点在于外部控制器中ECC实现软件的灵活性很大。

对于实现点运算的ECC协处理器，ECC算法中用外部控制器软件实现的部分较少，因此ECC算法的实现效率较高。这类ECC协处理器对外提供的点运算功能(点加、点倍、点乘)、点的坐标形式(仿射坐标、投影坐标、雅可比坐标)，都会影响外部控制器中ECC实现软件的灵活性。现有实现点运算的ECC协处理器一般都实现点乘运算，对外提供点加、点倍、点乘功能，虽然在ECC协处理器的内部运算过程中，点的坐标会采用投影坐标或雅可比坐标，但在所有点运算的对外接口中，椭圆曲线点的坐标选择为仿射坐标，这会限制外部控制器中用软件实现点乘及整个ECC算法的灵活性。

因此，需要设计一款运算效率高、电路面积小，且能支持外部控制器灵活实现多种点乘运算(包括各种特殊点乘)的ECC协处理器，同时支持RSA算法。

发明内容

本发明从ECC协处理器的功能定义、实现算法设计、电路结构设计三方面综合考虑，提出一种Fp上的ECC协处理器，具有运算效率高、电路面积小、实用性强(支持外部控制器用软件灵活实现多种点乘算法)的优点，本协处理器还支持RSA算法。

根据本发明的一个实施例，提供一种ECC协处理器，对外提供椭圆曲线点加/点倍运算功能，点加和点倍运算的对外接口中椭圆曲线点的坐标采用雅可比坐标以支持外部控制器灵活实现多种点乘运算。

另外，上述ECC协处理器还对外提供大整数模乘、模加/模减和模幂运算功能。

另外，上述ECC协处理器外部需要连接外部控制器，内部包含复杂运算控制单元和模运算单元。另外，上述复杂运算控制单元可以包括模幂控制单元、点加控制单元和点倍控制单元；模运算单元包括大整数运算控制单元和基本运算单元，其中大整数运算控制单元包括模加/模减控制单元和模乘控制单元，基本运算单元包括乘法器和累加器，其中，复杂运算控制单元基于相应的运算命令被启动，产生运算控制信号序列给模运算单元以完成相应的运算；模运算单元基于相应的运算命令或从复杂运算控制单元接收的运算控制信号序列来完成相应的运算。

另外，当运算命令为点加运算命令时，点加控制单元被启动，产生点加运算控制信号序列并提供给大整数运算控制单元以完成点加运算；当运算命令为点倍运算命令时，点倍控制单元被启动，产生点倍运算控制信号序列并提供给大整数运算控制单元以完成点倍运算；当运算命令为模幂运算命令时，模幂控制单元被启动，产生模幂运算控制信号序列并提供给模乘控制单元以完成模幂运算。

另外，模乘控制单元在当运算命令为模乘运算命令或者当从复杂运算控制单元接收到点加、点倍或模幂运算控制信号序列时被启动，产生模乘运算控制信号序列并提供给基本运算单元以完成模乘运算；模加/模减控制单元在当运算命令为模加运算命令或模减运算命令或者当从复杂运算控制单元接收到点加或点倍运算控制信号序列时被启动，产生模加/模减运算控制信号序列并提供给累加器以完成模加/模减运算。

另外，乘法器响应模乘运算控制信号序列中的乘法信号来执行乘法运算并输出乘法运算结果；累加器响应模乘运算控制信号序列和模加/模减运算控制信号中的累加信号来执行累加运算并输出累加运算结果。