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超椭圆曲线群快速算法研究

作　者: 于贺威
导　师: 彭代渊
学　校: 西南交通大学
专　业: 密码学
关键词: 超椭圆曲线密码体制 Jacobian商群除子标量乘法
分类号: TN918.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着互联网的日益普及,人们的生活生产方式、管理方式也在发生着变化,对于网络的依赖也日益加深,随之而来的网络安全问题越来越受到人们的广泛关注。计算机网络安全是目前研究的重点,因为它为网络电子商务、政府电子公务、军事等重要领域在互联网上的应用提供了保障。随着公钥密码技术PKI的发展,RSA、椭圆曲线密码体制(ECC)等成为了人们研究的热点。自从1989年N.Kobiltz提出了超椭圆曲线密码体制(HECC)理论以来,因为与ECC以及其他密码体制相比具有以下优点：一,在同等安全水平条件下,所用基域更小；二、可以模拟基于乘法群上的如RSA、ElGamal等几乎所有协议;三、在同样的定义域上,亏格大,曲线多,选取用于密码中的安全曲线就多。HECC成为近年来的一个新研究热点。目前超椭圆曲线密码体制主要还处于理论研究阶段,最主要的原因是,超椭圆曲线密码的实现速度要比椭圆曲线密码实现速度慢,因为超椭圆曲线的Jacobian商群上的基本运算比椭圆曲线复杂的多。本文主要的研究工作是如何减少超椭圆曲线的除子加和标量乘法的计算量,从而提高超椭圆曲线密码的实现速度,具体工作有以下两点：(1)对文献中已经给出的亏格为3的超椭圆曲线退化除子算法确定性公式进行改进,从多种方向对于公式进行优化。首先利用几种不同的求逆技巧,针对不同情况的公式进行优化,从而将求逆的过程化简,甚至变换成乘法等运算量较低的运算。再利用公式的性质与结构,将多个乘法运算合并为1个乘法运算,从而减少无谓的运算。最后,利用其他文献中提及的一些乘法化简公式,以及公式变形来减少乘法运算量。各个方法都具有其局限性,但针对适应的公式进行改进,能取得不错的效果。(2)进一步就退化除子算法进行了扩展与改进。给出了亏格为2的确定性公式,并对其计算量进行估计。估计结果表明,在达到最低的安全水平条件下,d取160比特的大整数,此时标准除子标量乘法的运算量为318I+12044M,比标准除子标量乘法大约快30%。然后结合二分法、并行算法等其他算法思想进一步改进退化除子算法,分别得到两个运算量更小的优化算法。其中二分法改进后效果明显,明显减少了求逆与乘法的计算次数。而并行算法主要是将运算合并在同一个运算轮中,运算量降低不明显,但是将乘法处理器与运算轮数降到最低,从而使总体的运算时间能进一步缩短。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-16
  1.1 计算机网络安全与公钥密码发展  11-12
  1.2 超椭圆曲线密码体制的研究背景意义和研究现状  12-14
  1.3 本论文的研究内容及章节安排  14-16
第2章超椭圆曲线密码体制概述  16-42
  2.1 超椭圆曲线的定义  16-21
  2.2 超椭圆曲线Jacobian群的运算法则  21-26
    2.2.1 除子有关概念及性质  21-24
    2.2.2 Jacobian商群  24-26
  2.3 超椭圆曲线密码体制  26-39
    2.3.1 有限域的算法约定  27-35
    2.3.2 Jacobian商群的算法约定  35-37
    2.3.3 超椭圆曲线密码体制相关约定  37-39
  2.4 超椭圆曲线密码体制的应用  39-40
  2.5 小结  40-42
第3章超椭圆曲线密码体制的关键技术  42-53
  3.1 超椭圆曲线除子算法的概述  42-46
    3.1.1 主要的数据结构  42-43
    3.1.2 参数的表示形式  43-45
    3.1.3 标量乘法的基本算法研究  45-46
  3.2 标量乘法的一些快速算法  46-52
    3.2.1 SWNAF算法  47-50
    3.2.2 二分算法  50-52
    3.2.3 退化除子算法  52
  3.3 小结  52-53
第4章亏格为3的退化除子快速算法研究  53-61
  4.1 退化除子标量乘法  53-54
  4.2 退化除子的加法和倍点算法确定性公式  54-58
  4.3 公式优化中的技巧与改进  58-60
    4.3.1 求逆的技巧  58
    4.3.2 利用公式性质简化运算  58-59
    4.3.3 其他的技巧  59-60
    4.3.4 改进性能分析  60
  4.4 小结  60-61
第5章退化除子算法的推广与改进  61-67
  5.1 亏格为2的退化除子算法研究  61-63
  5.2 退化除子算法与多种算法结合改进  63-66
    5.2.1 利用二分法的改进  63-64
    5.2.2 利用并行算法的改进  64-66
  5.3 小结  66-67
总结与展望  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  73

超椭圆曲线群快速算法研究

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