• 제목, 요약, 키워드: Multiplicative inverse over GF($2^{m}$)

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GF(2m) 상의 여분 표현을 이용한 낮은 지연시간의 몽고메리 AB2 곱셈기 (Low-latency Montgomery AB2 Multiplier Using Redundant Representation Over GF(2m)))

  • 김태완;김기원
    • 대한임베디드공학회논문지
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    • v.12 no.1
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    • pp.11-18
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    • 2017
  • Finite field arithmetic has been extensively used in error correcting codes and cryptography. Low-complexity and high-speed designs for finite field arithmetic are needed to meet the demands of wider bandwidth, better security and higher portability for personal communication device. In particular, cryptosystems in GF($2^m$) usually require computing exponentiation, division, and multiplicative inverse, which are very costly operations. These operations can be performed by computing modular AB multiplications or modular $AB^2$ multiplications. To compute these time-consuming operations, using $AB^2$ multiplications is more efficient than AB multiplications. Thus, there are needs for an efficient $AB^2$ multiplier architecture. In this paper, we propose a low latency Montgomery $AB^2$ multiplier using redundant representation over GF($2^m$). The proposed $AB^2$ multiplier has less space and time complexities compared to related multipliers. As compared to the corresponding existing structures, the proposed $AB^2$ multiplier saves at least 18% area, 50% time, and 59% area-time (AT) complexity. Accordingly, it is well suited for VLSI implementation and can be easily applied as a basic component for computing complex operations over finite field, such as exponentiation, division, and multiplicative inverse.

$GF(2^m)$ 상의 승법과 승법력 계산을 위한 가변형 산술 연산 시스템의 설계 (Design of Variable Arithmetic Operation Systems for Computing Multiplications and Mulitplicative Inverses in $GF(2^m)$))

  • 박동영;강성수;김흥수
    • 대한전자공학회논문지
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    • v.25 no.5
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    • pp.528-535
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    • 1988
  • This paper presents a constructing theory of variable arithmetic operation systems for computing multiplications and multiplicative inverse in GF(2**m) based on a modulo operation of degree on elements in Galois fields. The proposed multiplier is composed of a zero element control part, input element conversion part, inversion circuit, and output element conversion part. These systems can reduce reasonable circuit areas due to the common use of input/output element converison parts, and the PLA and module structure provice a variable property capable of convertible uses as arithmetic operation systems over different finite fields. This type of designs gives simple, regular, expandable, and concurrent properties suitable for VLSI implementation. Expecially, the multiplicative inverse circuit proposed here is expected to offer a characteristics of the high operation speed than conventional method.

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Massey-Omura 승산기를 위한 최적 정규원소 (The Optimal Normal Elements for Massey-Omura Multiplier)

  • 김창규
    • 정보보호학회논문지
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    • v.14 no.3
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    • pp.41-48
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    • 2004
  • 유한체의 곱셈과 나눗셈은 오류정정부호와 암호시스템에서 중요한 산술 연산이다. 유한체 GF(2$^{m}$ )의 원소를 표현하기 위해 다양한 기저가 사용되며 차수가 m인 GF(2)상의 원시다항식으로 구성할 수 있다. 정규기저를 사용하면 곱셈이나 곱셈 역원의 연산을 쉽게 수행할 수 있다. 정규기저 표현을 이용하는 Massey-Omura 승산기는 동일한 2진함수를 사용하여 몇 번의 순회치환으로 곱셈 또는 나눗셈이 수행되며 논리함수의 곱셈항 수가 승산기의 복잡도를 결정한다. 유한체의 정규기저는 항상 존재한다. 그러나 주어진 원시다항식에 대해 최적의 정규원소를 구하는 것은 쉽지 않다. 본 논문에서는 정규기저의 생성 방법을 고찰하고, Massey-Omura 승산기를 이용한 곱셈 또는 곱셈 역원의 계산에서 연산의 복잡도를 최소화할 수 있는 정규기저를 각 원시다항식에 대해 구하여, 최적의 정규원소와 곱셈항의 개수를 제시한다.

타원곡선을 암호시스템에 사용되는 최적단위 연산항을 기반으로 한 기저체 연산기의 하드웨어 구현 (A Hardware Implementation of the Underlying Field Arithmetic Processor based on Optimized Unit Operation Components for Elliptic Curve Cryptosystems)

  • 조성제;권용진
    • 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
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    • v.8 no.1
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    • pp.88-95
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    • 2002
  • 1985년 N. Koblitz와 V. Miller가 각각 독립적으로 제안한 타원곡선 암호시스템(ECC : Elliptic Curve Cryptosystems)은 보다 짧은 비트 길이의 키만으로도 다른 공개키 시스템과 동일한 수준의 안전도를 유지할 수 있다는 장점을 인해 IC 카드와 같은 메모리와 처리능력이 제한된 하드웨어에도 이식가능 하다. 또한 동일한 유한체 연산을 사용하면서도 다른 타원곡선을 선택할 수 있어서 추가적인 보안이 가능하기 때문에 고수준의 안전도를 유지하기 위한 차세대 암호 알고리즘으로 각광 받고 있다. 본 논문에서는 효율적인 타원곡선 암호시스템을 구현하는데 있어 가장 중요한 부분 중 하나인 타원곡선 상의 점을 고속으로 연산할 수 있는 전용의 기저체 연산기 구조를 제안하고 실제 구현을 통해 그 기능을 검증한다. 그리고 기저체 연산의 면밀한 분석을 통해 역원 연산기의 하드웨어 구현을 위하여 최적인 단위 연산항의 도출에 기반을 둔 효율적인 방법론을 제시하고, 이를 바탕으로 현실적인 제한 조건하에서 구현 가능한 수준의 게이트 수를 가지는 고속의 역원 연산기 구조를 제안한다. 또한, 본 논문에서는 제안된 방법론을 바탕으로 실제 구현된 설계회로가 기존 논문에서 비해 게이트 수는 약 8.8배가 증가하지만, 승법연산 속도는 약 150배, 역원연산 속도는 약 480배 정도 향상되는 우수한 연구 결과가 얻어짐을 보인다. 이것은 병렬성을 적용함으로서 당연히 얻어지는 속도면에서의 이득을 능가하는 성능으로, 본 논문에서 제안한 구조의 우수성을 입증하는 결과이다. 실제로, 승법 연산기의 속도에 관계없이 역원연산의 수행시간은 [lo $g_2$(m-1)]$\times$(clock cycle for one multiplication)으로 최적화가 되며, 제안한 구조는 임의의 유한체 $F_{2m}$에 적용가능하다. 제안한 전용의 연산기는 암호 프로세서 설계의 기초자료로 활용되거나, 타원곡선 암호 시스템 구현시 직접 co-processor 형식으로 임베드 되어 사용할 수 있을 것으로 사료된다.다.