This paper presents the design and implementation of a crypto processor, a special-purpose microprocessor optimized for the execution of cryptography algorithms. This crypto processor can be used fur various security applications such as storage devices, embedded systems, network routers, etc. The crypto processor consists of a 32-bit RISC processor block and a coprocessor block dedicated to the SEED and triple-DES (data encryption standard) symmetric key crypto (cryptography) algorithms. The crypto processor has been designed and fabricated as a single VLSI chip using 0.5 $\mu\textrm{m}$ CMOS technology. To test and demonstrate the capabilities of this chip, a custom board providing real-time data security for a data storage device has been developed. Testing results show that the crypto processor operates correctly at a working frequency of 30MHz and a bandwidth o1240Mbps.
Kim, Hyeon-Ik;Kim, Yong-Min;Jeong, Seok-Won;Lee, Sang-Jin;Jeong, Chang-Hun
Proceedings of the KIEE Conference
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2003.11c
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pp.1014-1017
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2003
In this paper, after the crypto acceleration board of the server-termination type is designed, we implement the Elliptic Curve Digital Signature Algorithm on the board that serves data integrity and user authentication. For implementing ECDSA, we use crypto co-processor, MPC180, to reduce the computation burden of main Processor (MPC860) on the board. By using crypto co-processor, the computation efficiency in case prime field is improved more between 90 and 100 times than the software library and between 20 and 90 times in case binary field. Our result is expect to apply for SSL acceleration board.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.29
no.4A
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pp.447-457
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2004
This paper proposes a RSA crypto-processor for embedded systems. The architecture of the RSA crypto-processor should be used relying on Big Montgomery algorithm, and is supported by configurable bit size. The RSA crypto-processor includes a RSA control signal generator, an optimal Big Montgomery processor(adder, multiplier). We use diverse arithmetic unit (adder, multiplier) algorithm. After we compared the various results, we selected the optimal arithmetic unit which can be connected with ARM core-processor. The RSA crypto-processor was implemented with Verilog HDL with top-down methodology, and it was verified by C language and Cadence Verilog-XL. The verified models were synthesized with a Hynix 0.25${\mu}{\textrm}{m}$, CMOS standard cell library while using Synopsys Design Compiler. The RSA crypto-processor can operate at a clock speed of 51 MHz in this worst case conditions of 2.7V, 10$0^{\circ}C$ and has about 36,639 gates.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.8
no.11
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pp.271-276
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2019
Conventional ARIA algorithm which is used LUT based-S-Box is fast the processing speed. However, the algorithm is hard to applied to small portable devices. This paper proposes the hardware design of optimized ARIA crypto-processor based on the modified composite field S-Box in order to decrease its hardware area. The Key scheduling in ARIA algorithm, both diffusion and substitution layers are repeatedly used in each round function. In this approach, an advanced key scheduling method is also presented of which two functions are merged into only one function for reducing hardware overhead in scheduling process. The designed ARIA crypto-processor is described in Verilog-HDL, and then a logic synthesis is also performed by using Xilinx ISE 14.7 tool with target the Xilnx FPGA XC3S1500 device. In order to verify the function of the crypto-processor, both logic and timing simulation are also performed by using simulator called ModelSim 10.4a.
This paper presents the design of Rijndael crypto-processor with 128 bits, 192 bits and 256 bits key size. In October 2000 Rijndael cryptographic algorithm is selected as AES(Advanced Encryption Standard) by NIST(National Institute of Standards and Technology). Rijndael algorithm is strong in any known attacks. And it can be efficiently implemented in both hardware and software. We implement Rijndael algorithm in hardware, because hardware implementation gives more fast encryptioN/decryption speed and more physically secure. We implemented Rijndael algorithm for 128 bits, 192 bits and 256 bits key size with VHDL, synthesized with Synopsys, and simulated with ModelSim. This crypto-processor is implemented using on-the-fly key generation method and using lookup table for S-box/SI-box. And the order of Inverse Shift Row operation and Inverse Substitution operation is exchanged in decryption round operation of Rijndael algorithm. It brings about decrease of the total gate count. Crypto-processor implemented in these methods is applied to mobile systems and smart cards, because it has moderate gate count and high speed.
For implementation of Cryptographic algorithms, security against implementation attacks such as side-channel attacks as well as the speed and the size of the circuit is important. Power Analysis attacks are powerful techniques of side-channel attacks to exploit secret information of crypto-processors. In this thesis the FPGA implementation of versatile elliptic crypto-processor is described. Explain the analysis of power consumption of ALTERA FPGA(FLEX10KE) that is used in our hand made board. Conclusively this thesis presents clear proof that implementations of Elliptic Curve Crypto-systems are vulnerable to Differential Power Analysis attacks as well as Simple Power Analysis attacks.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.11
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pp.2093-2099
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2016
This paper describes a design of crypto-processor that supports multiple block cipher algorithms of PRESENT, ARIA, and AES. The crypto-processor integrates three cores that are PRmo (PRESENT with mode of operation), AR_AS (ARIA_AES), and AES-16b. The PRmo core implementing 64-bit block cipher PRESENT supports key length 80-bit and 128-bit, and four modes of operation including ECB, CBC, OFB, and CTR. The AR_AS core supporting key length 128-bit and 256-bit integrates two 128-bit block ciphers ARIA and AES into a single data-path by utilizing resource sharing technique. The AES-16b core supporting key length 128-bit implements AES with a reduced data-path of 16-bit for minimizing hardware. Each crypto-core contains its own on-the-fly key scheduler, and consecutive blocks of plaintext/ciphertext can be processed without reloading key. The crypto-processor was verified by FPGA implementation. The crypto-processor implemented with a $0.18{\mu}m$ CMOS cell library occupies 54,500 gate equivalents (GEs), and it can operate with 55 MHz clock frequency.
Recently, the importance for internet of things (IoT) security has increased enormously and hardware-based compact chips are needed in IoT communication industries. In this paper, we propose low-complexity crypto-processor that unifies advanced encryption standard (AES), academy, research, institute, agency (ARIA), and CLEFIA protocols into one combined design. In the proposed crypto-processor, encryption and decryption processes are shared, and 128-bit round key generation process is combined. Moreover, the shared design has been minimized to be adapted in generic IoT devices and systems including lightweight IoT devices. The proposed crypto-processor was implemented in Verilog hardware description language (HDL) and synthesized to gate level circuit in 65nm CMOS process, which results in 11,080 gate counts. This demonstrates roughly 42% better than the aggregates of three algorithm implementations in the aspect of gate counts.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.20
no.6
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pp.1163-1170
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2016
A hardware implementation of ultra-lightweight block cipher algorithm PRESENT which was specified as a standard for lightweight cryptography ISO/IEC 29192-2 is described. The PRESENT crypto-processor supports two key lengths of 80 and 128 bits, as well as four modes of operation including ECB, CBC, OFB, and CTR. The PRESENT crypto-processor has on-the-fly key scheduler with master key register, and it can process consecutive blocks of plaintext/ciphertext without reloading master key. In order to achieve a lightweight implementation, the key scheduler was optimized to share circuits for key lengths of 80 bits and 128 bits. The round block was designed with a data-path of 64 bits, so that one round transformation for encryption/decryption is processed in a clock cycle. The PRESENT crypto-processor was verified using Virtex5 FPGA device. The crypto-processor that was synthesized using a $0.18{\mu}m$ CMOS cell library has 8,100 gate equivalents(GE), and the estimated throughput is about 908 Mbps with a maximum operating clock frequency of 454 MHz.
Journal of information and communication convergence engineering
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v.7
no.4
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pp.516-520
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2009
RSA crypto-processors equipped with more than 1024 bits of key space handle the entire key stream in units of blocks. The RSA processor which will be the target design in this paper defines the length of the basic word as 128 bits, and uses an 256-bits register as the accumulator. For efficient execution of 128-bit multiplication, 32b*32b multiplier was designed and adopted and the results are stored in 8 separate 128-bit registers according to the status flag. In this paper, an efficient method to execute 128-bit MAC (multiplication and accumulation) operation is proposed. The suggested method pre-analyzed the all possible cases so that the MAC unit can remove unnecessary calculations to speed up the execution. The proposed architecture prototype of the MAC unit was automatically synthesized, and successfully operated at 20MHz, which will be the operation frequency in the RSA processor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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