[发明专利]一种用于双线性对的四输入FIOS模乘算法及架构设计

说明书

本发明提供一种用于双线性对的四输入FIOS模乘算法及架构设计，涉及高性能标识密码硬件设计技术领域，包括：四输入FIOS模乘算法根据双线性对中二次扩域乘法运算的特点对原始FIOS模乘算法进行改进，通过对约减的合并减少了冗余计算，对四输入FIOS模乘算计算步骤进行并行排布减少计算所需周期，设计适合四输入FIOS模乘算的结构完成二次扩域下(A·B+C·D)modN的模乘运算，在计算256位模乘且操作位宽为64位时，仅需33个周期，最大运算速率达2.0Ghz，耗时16.5ns即可完成，解决了现有技术中的双线性对运算慢；通过减少二次扩域模乘实现的硬件消耗资源，减少了时钟周期，达到更短时间完成双线性对中的模乘运算，最终得以快速实现双线性对运算的目的。

技术领域

本发明涉及高性能标识密码硬件设计技术领域，尤其涉及一种用于双线性对的四输入FIOS模乘算法及架构设计。

背景技术

随着互联网的发展，以其为基础设施的平台对社会中信息交流影响越来越大，同时网络空间收到的威胁也逐年增加，敏感信息的安全保障不仅存在于个人和企业，甚至能威胁到国家的安全，加强互联网空间安全早已成为国家安全战略层次的重要部分，因此如何保障网络安全是一个热点。

非对称密码体系(又称为公钥密码)作为现代密码学中的重要组成部分不仅有加密信息的编码技术，还有如数字签名和认证等安全服务。然而在传统公钥密码体系中需要使用公钥证书证明身份，因此面对用户量大的情况进行证书的管理和验证需要巨大的存储和计算资源，为弥补这一问题，Shamir在1985年提出基于标识的密码体系，该体系中用户使用个人身份信息作为密钥的生成，无需公钥证书的流程大幅度节省了资源，2001年Boneh和Franklin使用双线性对构造了实用的基于标识的密码方案，因此双线性对成为密码领域的研究热点。

双线性对经过十几年的发展，逐渐被广泛应用于构造密码协议，但由于双线性对的计算复杂，其计算速度成为制约其被广泛推广的问题所在，因此不断对其改进算法以及设计适合的硬件加速器以提高双线性对的执行效率，模乘作为双线性对的基本计算与其执行效率联系密切，基本的素数域模乘是计算形如A·BmodN的操作，而在双线性对的基本域二次扩域中的模乘操作是形如(A·B+C·D)modN的操作，使用基本模乘计算二次扩域的模乘结果会有计算量冗余导致效率低的问题，因此需要构造一个用于二次扩域的模乘来提高双线性对的计算效率。

发明内容

基于上述存在的问题，本发明提供一种用于双线性对的四输入FIOS模乘算法及架构设计，通过对基本FIOS模乘的部分积共享，将两个用于素数域的FIOS模乘组合，得到用于二次扩域的四输入FIOS模乘，减少了冗余计算，对四输入FIOS模乘通过复用寄存器和重新排布时序等方式，减少硬件消耗资源以及减少了时钟周期，达到更短时间完成双线性对中的模乘运算，最终得以快速实现双线性对运算的目的。

本发明实施例公开一种用于双线性对的四输入FIOS模乘算法及架构设计，其特征在于，包括：四输入FIOS模乘算法、并行的四输入FIOS模乘、四输入FIOS模乘结构；

所述改四输入FIOS模乘算法根据双线性对中二次扩域乘法运算的特点对FIOS模乘进行改进，得到用于二次扩域的四输入FIOS模乘算法，对四输入FIOS模乘算法的计算步骤进行并行排布减少计算所需周期，设计适合四输入FIOS模乘的结构完成二次扩域下(A·B+C·D)modN的模乘运算。

进一步地，所述四输入FIOS模乘算法，其特征在于将两个计算A·BmodN的FIOS模乘组合，改进为计算(A·B+C·D)modN的二次扩域模乘；