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互联网的快速发展使得信息安全技术显得尤为重要,诸如在线购物、网上银行、数据下载等方面都需要一套身份认证系统。信息安全主要是利用密码技术来保证信息的保密性、完整性、可用性和抗抵赖性,密码技术,特别是公钥制密码技术的芯片实现,代表着信息安全领域的技术水平。在公钥制密码体制中,应用最为广泛的是RSA密码算法,RSA密码算法简单有效,但是却非常耗时,其主要运算过程是模幂运算,密钥长度越长,安全等级越高,同时计算量也越大,速度就越慢。
本文针对如何实现一个高速的RSA片上系统进行研究。分别在算法层次、硬件结构层次、系统架构层次和系统软件层次上进行探讨。在算法层次上,本文分析了RSA的密码算法和Montgomery模乘算法,并在此基础上提出了流水线型模幂算法、流水线结构Montgomery模乘算法和PHS Montgomery模乘算法,这些新算法在提高RSA加解密速度上都具有很好的效果；在硬件结构层次上,本文在研究经典型高基可扩展Montgomery模乘器基础上提出了三种Montgomery模乘器的改进方案,同时还提出了三种RSA协处理器的实现方案；在系统架构层次上,本文分析比较了总线型、片上网络型和流水线型的系统结构,根据RSA运算的特点提出了三种多处理器RSA片上系统架构；在系统软件层次,本文分别给出了多协处理器系统和单协处理器系统的软件解决方案,并分析比较了目前主流的嵌入式操作系统,最终详细介绍了基于开源嵌入式操作系统一μCOS的RSA片上多核系统软件解决方案。
最后,本文分别采用ASIC和FPGA进行系统实现。在ASIC上实现了2048位长的RSA密码处理器,在算法层次和硬件结构层次验证了本文提出的高速RSA片上系统；在FPGA上实现了1024位高速RSA片上系统,在系统架构层次和系统软件层次验证了本文提出的设计思想。