[发明专利]一种适用于RFID安全通信的椭圆曲线加密协处理器

摘要

本发明公开了一种适用于RFID安全通信的椭圆曲线加密协处理器，所述协处理器包括寄存器阵列、模算术逻辑单元和ECC协处理器指令控制器，所述寄存器阵列用于存储椭圆曲线加密计算过程中的椭圆曲线参数、私钥、计算过程数据以及计算结果；所述模算术逻辑单元包括加法电路、乘法电路、平方电路、控制单元和寄存器T，用于完成加法、乘法、平方运算；所述ECC协处理器指令控制器用于对所述模算数逻辑单元发送加法、乘法、平方和移动指令，接收模算术逻辑单元计算得到的结果，并根据所述结果进行点加倍点计算以完成椭圆曲线点乘计算。本发明的椭圆曲线加密协处理器具有面积小、低功耗和高安全性的特点，适用于RFID标签芯片。

主权项

一种适用于RFID安全通信的椭圆曲线加密协处理器，其特征在于，所述协处理器包括寄存器阵列、模算术逻辑单元和ECC协处理器指令控制器；所述寄存器阵列用于存储椭圆曲线加密计算过程中的椭圆曲线方程参数、私钥、椭圆曲线加密计算过程数据和计算结果，所述曲线方程参数、私钥在有椭圆曲线加密计算需求时通过总线从RFID标签系统中的EEPROM加载到寄存器阵列中；所述ECC协处理器指令控制器用于产生控制指令，将控制指令发送给模算术逻辑单元的控制模块以控制模算术逻辑单元完成加法、乘法和平方计算，并根据模算术逻辑单元中寄存器T存储的加法、乘法和平方运算结果进行点加、倍点以完成椭圆曲线点乘运算，点乘运算结果返回至寄存器阵列；所述控制指令包括加法、乘法、平方和移动指令；所述模算术逻辑单元包括加法电路、乘法电路、平方电路、控制单元和寄存器T，所述加法电路由异或阵列构成；所述乘法电路由串行乘法器构成；所述平方电路由异或阵列构成；所述控制单元用于识别ECC协处理器指令控制器发送的加法、乘法和平方指令，控制寄存器T获取寄存器阵列中的椭圆曲线方程参数和私钥，并根据识别的加法、乘法和平方指令控制加法电路、乘法电路、平方电路运用获取的椭圆曲线方程参数和私钥分别进行椭圆曲线加法、乘法和平方计算，将加法、乘法、平方计算结果和乘法计算过程数据存储在寄存器T中；同时根据识别的移动指令将从总线上加载的数据通过寄存器T转存到寄存器阵列中；寄存器T与寄存器阵列构成循环链路以进行数据互换；所述寄存器阵列包括状态指令寄存器、常量寄存器k、c、x、y和多个临时寄存器，所述状态指令寄存器用于存储控制点乘计算的运行状态的指令；所述常量寄存器k为循环移位寄存器，用于存储椭圆曲线加密计算过程中所需要的私钥；所述常量寄存器c用于存储椭圆曲线方程参数，所述常量寄存器x和常量寄存器y用于存储椭圆曲线基点的坐标点；所述多个临时寄存器用于复用存储点乘计算过程中的临时变量，所述多个临时寄存器通过ECC协处理器指令控制器发送的移动指令与寄存器T构成循环链路结构；所述ECC协处理器指令控制器包括依次连接的计数器、点乘控制器和功能单元，所述计数器用于统计寄存器k的循环次数，以标注点乘的开始和结束；所述点乘控制器根据所述状态指令寄存器中的指令，以状态机的方式向功能单元发送控制指令；所述功能单元接收所述控制指令控制相应子单元工作，功能单元包括数据准备子单元、数据互换子单元、点加倍点子单元和返回计算结果子单元，数据准备子单元用于根据Lóez‑Dahab投影坐标下的Montgomery梯形点乘算法完成直角坐标向投影坐标的转换，数据互换子单元用于将椭圆曲线上两点的坐标进行互换；点加倍点子单元用于对互换后的点执行点加和倍点计算，点加和倍点计算结束后得到的点乘计算结果由返回计算结果子单元返回至寄存器阵列的临时寄存器中。