• Journal of IKEEE
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• v.25 no.4
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• pp.625-633
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• 2021

This paper describes a scalable architecture for flexible hardware implementation of Montgomery modular multiplication. Our scalable modular multiplier architecture, which is based on a one-dimensional array of processing elements (PEs), performs word parallel operation and allows us to adjust computational performance and hardware complexity depending on the number of PEs used, N_PE. Based on the proposed architecture, we designed a scalable Montgomery modular multiplier (sMM) core supporting eight field sizes defined in SEC2. Synthesized with 180-nm CMOS cell library, our sMM core was implemented with 38,317 gate equivalents (GEs) and 139,390 GEs for N_PE=1 and N_PE=8, respectively. When operating with a 100 MHz clock, it was evaluated that 256-bit modular multiplications of 0.57 million times/sec for N_PE=1 and 3.5 million times/sec for N_PE=8 can be computed. Our sMM core has the advantage of enabling an optimized implementation by determining the number of PEs to be used in consideration of computational performance and hardware resources required in application fields, and it can be used as an IP (intellectual property) in scalable hardware design of elliptic curve cryptography (ECC).

• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2000.10a
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• pp.590-592
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• 2000

Operator-level optimization of a systolic array for Montgomery Modular Multiplication(MMM) algorithm is presented in thin paper. The proposed systolic array is faster than that of C.D. Walter by 40%. Compared with J.B. Shin et al.'s, it is 25% faster.

• The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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• v.4 no.3
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• pp.217-223
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• 2009

Recently, the development of the various network method can generate serious social problems. So, it is highly required to control security of network. These problems related security will be developed and keep up to confront with anti-security field such as hacking, cracking. The way to preserve security from hacker or cracker without developing new cryptographic algorithm is keeping the state of anti-cryptanalysis in a prescribed time by means of extending key-length. In this paper, the proposed montgomery multiplication structured unit array method in carry generated part and variable length multiplication for eliminating bottle neck effect with the RSA cryptosystem. Therefore, this proposed montgomery multiplier enforce the real time processing and prevent outer cracking.

• Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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• v.12 no.5
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• pp.95-105
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• 2002

This paper describes an efficient method to implement a hardware circuit of RSA public key cryptographic algorithm, which is important to public-key cryptographic system for an authentication, a key exchange and a digital signature. The RSA algorithm needs a modular exponential for its cryptographic operation, and the modular exponential operation is consists of repeated modular multiplication. In a numerous algorithm to compute a modular multiplication, the Montgomery algorithm is one of the most widely used algorithms for its conspicuous efficiency on hardware implementation. Over the past a few decades a considerable number of studies have been conducted on the efficient hardware design of modular multiplication for RSA cryptographic system. But many of those studies focused on the decrease of operating time for its higher performance. The most important thing to design a hardware circuit, which has a limit on a circuit area, is a trade off between a small circuit area and a feasible operating time. For these reasons, we modified the Montgomery algorithm for its efficient hardware structure for a system having a limit in its circuit area and implemented the refined algorithm in the IESA system developed for ETRI's smart card emulating system.

• Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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• v.10 no.4
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• pp.3-11
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• 2000

In this paper, we design modular multiplication systolic array and exponentiation processor having n bits message black. This processor uses Montgomery algorithm and LR binary square and multiply algorithm. This processor consists of 3 divisions, which are control unit that controls computation sequence, 5 shift registers that save input and output values, and modular exponentiation unit. To verify the designed exponetion processor, we model and simulate it using VHDL and MAX+PLUS II. Consider a message block length of n=512, the time needed for encrypting or decrypting such a block is 59.5ms. This modular exponentiation unit is used to RSA cryptosystem.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2019.05a
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• pp.254-256
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• 2019

소수체 GF(p)와 이진체 $GF(2^m)$ 상의 다중 타원곡선을 지원하는 듀얼 필드 ECC (DF-ECC) 프로세서를 설계하였다. DF-ECC 프로세서의 저면적 설와 다양한 타원곡선의 지원이 가능하도록 워드 기반 몽고메리 곱셈 알고리듬을 적용한 유한체 곱셈기를 저면적으로 설계하였으며, 페르마의 소정리(Fermat's little theorem)를 유한체 곱셈기에 적용하여 유한체 나눗셈을 구현하였다. 설계된 DF-ECC 프로세서는 스칼라 곱셈과 점 연산, 그리고 모듈러 연산 기능을 가져 다양한 공개키 암호 프로토콜에 응용이 가능하며, 유한체 및 모듈러 연산에 적용되는 파라미터를 내부 연산으로 생성하여 다양한 표준의 타원곡선을 지원하도록 하였다. 설계된 DF-ECC는 FPGA 구현을 하드웨어 동작을 검증하였으며, 0.18-um CMOS 셀 라이브러리로 합성한 결과 22,262 GEs (gate equivalences)와 11 kbit RAM으로 구현되었으며, 최대 100 MHz의 동작 주파수를 갖는다. 설계된 DF-ECC 프로세서의 연산성능은 B-163 Koblitz 타원곡선의 경우 스칼라 곱셈 연산에 885,044 클록 사이클이 소요되며, B-571 슈도랜덤 타원곡선의 스칼라 곱셈에는 25,040,625 사이클이 소요된다.

• Journal of KIISE:Computer Systems and Theory
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• v.26 no.4
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• pp.406-419
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• 1999

RSA와 같은 공개키 암호시스템(public-key cryptography system)에서는 512 비트 또는 그 이상 큰수의 모듈러 곱셈 연산을 수행하여야한다. 본 논문에서는 Montgomery 알고리즘을 이용하여 모듈러 곱셈을 수행하는 두 가지의 고정-크기 선형 시스톨릭 어레이를 설계하고 분석한다. 제안된 임의의 고정-크기 선형 시스톨릭 어레이와 파이프라인된 고정-크기 선형 시스톨릭 어레이는 최적의 문제-크기 선형 시스톨릭 어레이로부터 LPGS(Locally Parallel Globally Sequential)분할방법을 적용하여 설계한다. VHDL 시뮬레이션 결과, 밴드이 크기를 4로 하여 분할 시 문제-크기 어레이와 비교하면 수행시간의 지연이 없었으며,어레이의 크기도 1/4로 줄일 수 있었다. 제안된 시스톨릭 어레이는 크기에 제한을 갖는 스마트카드 등에 이용될수 있을 것이다.

• Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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• 2000.04a
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• pp.33-35
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• 2000

본 논문에서는 몽고메리 알고리즘과 LR 이진 제곱 곱셈 알고리즘을 사용하여 n 비트 메시지 블록에 대해 모듈러 지수 연산을 수행하는 지수 연산 프로세서를 설계한다. 이 프로세서는 제어장치, 입출력 시프트 레지스터, 시주 연산 장치 등 3개의 영역으로 나누어진다. 설계된 지수 연산 프로세서의 동작을 검증하기 위해 VHDL를 사용하여 모델링하고 MAX+PLUS II를 사용하여 시뮬레이션 한다.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.25 no.8
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• pp.1095-1102
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• 2021

A scalable ECC architecture with high scalability and flexibility between performance and hardware complexity is proposed. For architectural scalability, a modular arithmetic unit based on a one-dimensional array of processing element (PE) that performs finite field operations on 32-bit words in parallel was implemented, and the number of PEs used can be determined in the range of 1 to 8 for circuit synthesis. A scalable algorithms for word-based Montgomery multiplication and Montgomery inversion were adopted. As a result of implementing scalable ECC processor (sECCP) using 180-nm CMOS technology, it was implemented with 100 kGEs and 8.8 kbits of RAM when N_PE=1, and with 203 kGEs and 12.8 kbits of RAM when N_PE=8. The performance of sECCP with N_PE=1 and N_PE=8 was analyzed to be 110 PSMs/sec and 610 PSMs/sec, respectively, on P256R elliptic curve when operating at 100 MHz clock.

• Proceedings of the Korea Institutes of Information Security and Cryptology Conference
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• 2006.06a
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• pp.351-355
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• 2006

RSA 암호 시스템은 IC카드, 모바일 및 WPKI, 전자화폐, SET, SSL 시스템 등에 많이 사용된다. RSA는 모듈러 지수승 연산을 통하여 수행되며, Montgomery 곱셈기를 사용하는 것이 효율적이라고 알려져 있다. Montgomery 곱셈기에서 임계 경로 지연 시간(Critical Path Delay)은 세 피연산자의 덧셈에 의존하고 캐리 전파를 효율적으로 처리하는 문제는 Montgomery 곱셈기의 효율성에 큰 영향을 미친다. 최근 캐리 전파를 제거하는 방법으로 캐리 저장 덧셈기(Carry Save Adder, CSA)를 사용하는 연구가 계속 되고 있다. McIvor외 세 명은 지수승 연산에 최적인 CSA 3단계로 구성된 Montgomery 곱셈기와 CSA 2단계로 구성된 Montgomery 곱셈기를 제안했다. 시간 복잡도 측면에서 후자는 전자에 비해 효율적이다. 본 논문에서는 후자보다 빠른 연산을 수행하기 위해 캐리 전파 제거 특성을 가진 이진 부호 자리(Signed-Digit, SD) 수 체계를 사용한다. 두 이진 SD 수의 덧셈을 수행하는 잉여 이진 덧셈기(Redundant Binary Adder, RBA)를 새로 제안하고 Montgomery 곱셈기에 적용한다. 기존의 RBA에서 사용하는 이진 SD 덧셈 규칙 대신 새로운 덧셈 규칙을 제안하고 삼성 STD130 $0.18{\mu}m$ 1.8V 표준 셀 라이브러리에서 지원하는 게이트들을 사용하여 설계하고 시뮬레이션 하였다. 그 결과 McIvor의 2 방법과 기존의 RBA보다 최소 12.46%의 속도 향상을 보였다.