The finite-field multiplication can be applied to the wide range of applications, such as signal processing on communication, cryptography, etc. However, an efficient algorithm and the hardware design are required since the finite-field multiplication takes much time to compute. In this paper, we propose a radix-4 systolic multiplier on $GF(2^m)$ with comparative area and performance. The algorithm of the proposed standard-basis multiplier is mathematically developed to map on low-cost systolic cell, so that the proposed systolic architecture is suitable for VLSI design. Compared to the bit-serial and digit-serial multipliers, the proposed multiplier shows relatively better performance with low cost. We design and synthesis $GF(2^{193})$ finite-field multiplier using Hynix $0.35{\mu}m$ standard cell library and the maximum clock frequency is 400MHz.
Multiplication in finite fields is used in many applications, especially in cryptography. It is a basic and the most computationally intensive operation from among all such operations. Several systolic multipliers are proposed in the literature that offer low hardware complexity or high speed. In this paper, a bit-parallel polynomial basis systolic multiplier for generic irreducible polynomials is proposed based on a modified interleaved multiplication method. The hardware complexity and delay of the proposed multiplier are estimated, and a comparison with the corresponding multipliers available in the literature is presented. Of the corresponding multipliers, the proposed multiplier achieves a reduction in the hardware complexity of up to 20% when compared to the best multiplier for m = 163. The synthesis results of application-specific integrated circuit and field-programmable gate array implementations of the proposed multiplier are also presented. From the synthesis results, it is inferred that the proposed multiplier achieves low power consumption and low area complexitywhen compared to the best of the corresponding multipliers.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.43
no.3
s.345
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pp.40-47
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2006
The finite-field multiplication can be applied to the elliptic curve cryptosystems. However, an efficient algorithm and the hardware design are required since the finite-field multiplication takes much time to compute. In this paper, we propose a radix-4 systolic multiplier on $GF(2^m)$ with comparative area and performance. The algorithm of the proposed standard-basis multiplier is mathematically developed to map on low-cost systolic cells, so that the proposed systolic architecture is suitable for VLSI design. Compared to the bit-parallel, bit-serial and systolic multipliers, the proposed multiplier has relatively effective high performance and low cost. We design and synthesis $GF(2^{193})$ finite-field multiplier using Hynix $0.35{\mu}m$ standard cell library and the maximum clock frequency is 400MHz.
Journal of Korea Society of Digital Industry and Information Management
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v.18
no.1
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pp.1-9
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2022
Galois field arithmetic is important in error correcting codes and public-key cryptography schemes. Hardware realization of these schemes requires an efficient implementation of Galois field arithmetic operations. Multiplication is the main finite field operation and designing efficient multiplier can clearly affect the performance of compute-intensive applications. Diverse algorithms and hardware architectures are presented in the literature for hardware realization of Galois field multiplication to acquire a reduction in time and area. This paper presents a low complexity semi-systolic multiplier to facilitate parallel processing by partitioning Montgomery modular multiplication (MMM) into two independent and identical units and two-level systolic computation scheme. Analytical results indicate that the proposed multiplier achieves lower area-time (AT) complexity compared to related multipliers. Moreover, the proposed method has regularity, concurrency, and modularity, and thus is well suited for VLSI implementation. It can be applied as a core circuit for multiplication and division/exponentiation.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.31
no.1C
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pp.87-92
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2006
An $AB^2$ modular operation is an efficient basic operation for the public key cryptosystems and various systolic architectures for $AB^2$ modular operation have been proposed. However, these architectures have a shortcoming for cryptographic applications due to their high area complexity. Accordingly, this paper presents an partitioned $AB^2$ systolic modular multiplier over GF($2^m$). A dependency graph from the MSB $AB^2$ modular multiplication algorithm is partitioned into 1/3 to get an partitioned $AB^2$ systolic multiplier. The multiplier reduces the area complexity about 2/3 compared with the previous multiplier. The multiplier could be used as a basic building block to implement the modular exponentiation for the public key cryptosystems based on smartcard which has a restricted hardware requirements.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.14
no.3
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pp.235-239
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1989
A multiplier is proposed for computing multiplication of two arbitrary elements in the finite fields GF($2^m$), and the operation process is described step by step. The modified type of the circuit which is constructed with m-stage feedgack shift register, m-1 flip-flop, m AND gate, and m-input XOR gate is presented by referring to the conventional shift-register multiplier. At the end of mth shift, the shift-register multiplier stores the product of two elements of GF($2^m$); however the proposed circuit in this paper requires m-1 clock times from first input to first output. This circuit is simpler than cellulra-array or systolic multiplier and moreover it is faster than systolic multiplier.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.25
no.1
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pp.37-43
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2020
In this paper, we propose an efficient AB2 multiplication algorithm using SPB(shifted polynomial basis) over finite fields. Using the feature of the SPB, we split the equation for AB2 multiplication into two parts. The two partitioned equations are executable at the same time, and we derive an algorithm that processes them in parallel. Then we propose an efficient semi-systolic AB2 multiplier based on the proposed algorithm. The proposed multiplier has less area-time (AT) complexity than related multipliers. In detail, the proposed AB2 multiplier saves about 94%, 87%, 86% and 83% of the AT complexity of the multipliers of Wei, Wang-Guo, Kim-Lee, Choi-Lee, respectively. Therefore, the proposed multiplier is suitable for VLSI implementation and can be easily adopted as the basic building block for various applications.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.28
no.2
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pp.69-75
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2023
Finite field arithmetic operations play an important role in a variety of applications, including modern cryptography and error correction codes. In this paper, we propose an efficient multiplication algorithm over finite fields using the Montgomery multiplication algorithm. Existing multipliers can be implemented using AND and XOR gates, but in order to reduce time and space complexity, we propose an algorithm using NAND and NOR gates. Also, based on the proposed algorithm, an efficient semi-systolic finite field multiplier with low space and low latency is proposed. The proposed multiplier has a lower area-time complexity than the existing multipliers. Compared to existing structures, the proposed multiplier over finite fields reduces space-time complexity by about 71%, 66%, and 33% compared to the multipliers of Chiou et al., Huang et al., and Kim-Jeon. As a result, our multiplier is proper for VLSI and can be successfully implemented as an essential module for various applications.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.25
no.5
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pp.979-984
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2015
In this paper, we proposed a Semi-Systolic multiplier of $GF(2^n)$ with Type II optimal Normal Basis. Comparing the complexity of the proposed multiplier with Chiou's multiplier proposed in 2012, it is saved $2n^2+44n+26$ in total transistor numbers and decrease 4 clocks in time delay. This means that, for $GF(2^{333})$ of the field recommended by NIST for ECDSA, the space complexity is 6.4% less and the time complexity of the 2% decrease. In addition, this structure has an advantage as applied to Chiou's method of concurrent error detection and correction in multiplication of $GF(2^n)$.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.8C
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pp.1047-1054
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2004
In this paper, we present two systolic arrays for computing multiplications in CF(2$\^$m/) generated by an irreducible all one polynomial (AOP). The proposed two systolic mays have parallel-in parallel-out structure. The first systolic multiplier has area complexity of O(㎡) and time complexity of O(1). In other words, the multiplier consists of m(m+1)/2 identical cells and produces multiplication results at a rate of one every 1 clock cycle, after an initial delay of m/2+1 cycles. Compared with the previously proposed related multiplier using AOP, our design has 12 percent reduced hardware complexity and 50 percent reduced computation delay time. The other systolic multiplier, designed for cryptographic applications, has area complexity of O(m) and time complexity of O(m), i.e., it is composed of m+1 identical cells and produces multiplication results at a rate of one every m/2+1 clock cycles. Compared with other linear systolic multipliers, we find that our design has at least 43 percent reduced hardware complexity, 83 percent reduced computation delay time, and has twice higher throughput rate Furthermore, since the proposed two architectures have a high regularity and modularity, they are well suited to VLSI implementations. Therefore, when the proposed architectures are used for GF(2$\^$m/) applications, one can achieve maximum throughput performance with least hardware requirements.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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