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Generation of Finely-Pipelined GF(P ) Multipliers for Flexible Curve based Cryptography on FPGAs

Authors :
Gabriel Gallin
Arnaud Tisserand
Energy Efficient Computing ArchItectures with Embedded Reconfigurable Resources (CAIRN)
Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-ARCHITECTURE (IRISA-D3)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Lab-STICC_UBS_CACS_MOCS
Laboratoire des sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (Lab-STICC)
École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
HAH project (Hardware and Arithmetic for Hyperelliptic Curves Cryptography) http://www.h-a-h.cominlabs.ueb.eu/ Funded by Labex CominLabs and Labex Lebesgue
ANR-10-LABX-0007,COMIN Labs,Digital Communication and Information Sciences for the Future Internet(2010)
ARCHITECTURE (IRISA-D3)
Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)
École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-École Nationale d'Ingénieurs de Brest (ENIB)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Université de Brest (UBO)-École Nationale Supérieure de Techniques Avancées Bretagne (ENSTA Bretagne)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Bretagne Loire (UBL)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Source :
IEEE Transactions on Computers, IEEE Transactions on Computers, 2019, 68 (11), pp.1612-1622. ⟨10.1109/TC.2019.2920352⟩, IEEE Transactions on Computers, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2019, 68 (11), pp.1612-1622. ⟨10.1109/TC.2019.2920352⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

International audience; In this paper, we present modular multipliers for hardware implementations of (hyper)-elliptic curve cryptography on FPGAs. The prime modulus P is generic and can be configured at run-time to provide flexible circuits. A finely-pipelined architecture is proposed for overlapping the partial products and reductions steps in the pipeline of hardwired DSP slices. For instance, 2, 3, or 4 independent multiplications can share the hardware resources at the same time to overlap internal latencies. We designed a tool, distributed as open source, for generating VHDL codes with various parameters: width of operands, number of logical multipliers per physical one, speed or area optimization, possible use of BRAMs, target FPGA. Our modular multipliers lead to, at least, 2 times faster as well as 2 times smaller circuits than state of the art operators.

Details

Language :
English
ISSN :
00189340
Database :
OpenAIRE
Journal :
IEEE Transactions on Computers, IEEE Transactions on Computers, 2019, 68 (11), pp.1612-1622. ⟨10.1109/TC.2019.2920352⟩, IEEE Transactions on Computers, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2019, 68 (11), pp.1612-1622. ⟨10.1109/TC.2019.2920352⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....2e8cee3be9eda6754db3a6d9b618dcc4