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大整数乘法器的FPGA设计与实现

本站小编 Free考研考试/2022-01-03

谢星1, 2,
黄新明1,
孙玲1,,,
韩赛飞1
1.南通大学电子信息学院 ??南通 ??226019
2.南通大学工程训练中心 ??南通 ??226019
基金项目:国家自然科学基金(61571246),江苏省研究生科研与实践创新计划项目(KYCX17-1920)

详细信息
作者简介:谢星:男,1985年生,博士生,研究方向为信息安全
黄新明:男,1974年生,教授,研究方向为VLSI设计、高性能计算
孙玲:女,1976年生,教授,研究方向为专用集成电路设计、系统集成技术
通讯作者:孙玲 sun.l@ntu.edu.cn
中图分类号:TN918.91; TN492

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PDF下载量:96
被引次数:0
出版历程

收稿日期:2018-08-27
修回日期:2019-02-15
网络出版日期:2019-02-25
刊出日期:2019-08-01

FPGA Design and Implementation of Large Integer Multiplier

Xing XIE1, 2,
Xinming HUANG1,
Ling SUN1,,,
Saifei HAN1
1. School of Electronic Information, Nantong University, Nantong 226019, China
2. Engineering Training Center, Nantong University, Nantong 226019, China
Funds:The National Natural Science Foundation of China (61571246), The Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Jiangsu Province (KYCX17-1920)


摘要
摘要:大整数乘法是公钥加密中最为核心的计算环节,实现运算快速的大数乘法单元是RSA, ElGamal,全同态等密码体制中急需解决的问题之一。针对全同态加密(FHE)应用需求,该文提出一种基于Sch?nhage-Strassen算法(SSA)的768 kbit大整数乘法器硬件架构。采用并行架构实现了其关键模块64k点有限域快速数论变换(NTT)的运算,并主要采用加法和移位操作以保证并行处理的最大化,有效提高了处理速度。该大整数乘法器在Stratix-V FPGA上进行了硬件验证,通过与CPU上使用数论库(NTL)和GMP库实现的大整数乘法运算结果对比,验证了该文设计方法的正确性和有效性。实验结果表明,该方法实现的大整数乘法器运算时间比CPU平台上的运算大约有8倍的加速。
关键词:全同态加密/
现场可编程门阵列/
大数乘法/
GMP库
Abstract:Large integer multiplication is the most important part in public key encryption, which often consumes most of the computing time in RSA, ElGamal, Fully Homomorphic Encryption (FHE) and other cryptosystems. Based on Sch?nhage-Strassen Algorithm (SSA), a design of high-speed 768 kbit multiplier is proposed. As the key component, an 64k-point Number Theoretical Transform (NTT) is optimized by adopting parallel architecture, in which only addition and shift operations are employed and thus the processing speed is improved effectively. The large integer multiplier design is validated on Stratix-V FPGA. By comparing its results with CPU using Number Theory Library(NTL) and GMP library, the correctness of this design is proved. The results also show that the FPGA implementation is about eight times faster than the same algorithm executed on the CPU.
Key words:Fully Homomorphic Encryption (FHE)/
FPGA/
Large number multiplication/
GMP library



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https://jeit.ac.cn/article/exportPdf?id=2cab2cdc-8afe-40eb-83a6-a5b2fbfcbc55
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