EMBEDDING RESIDUE ARITHMETIC INTO MODULAR MULTIPLICATION FOR INTEGERS AND POLYNOMIALS

A brand new methodology for embedding residue arithmetic inside a dual-field Montgomery modular multiplication formula for integers in as well as for polynomials was presented within this project. A design methodology for incorporating Residue Number System (RNS) and Polynomial Residue Number System (PRNS) in Montgomery modular multiplication in GF (p) or GF (2n) correspondingly, in addition to VLSI architecture of the dual-field residue arithmetic Montgomery multiplier are presented within this paper. In cryptographic applications to engender the public and private keys we suffer from the arithmetic operations like advisement, subtraction and multiplication. An analysis of input/output conversions to/from residue representation, combined with the suggested residue Montgomery multiplication formula, reveals prevalent multiply-accumulate data pathways both between your converters and backward and forward residue representations

Exact Error Bound of Cox-Rower Architecture for RNS Arithmetic

Residue Number System (RNS) is a method for representing an integer as an n-tuple of its residues with respect to a given base. Since RNS has inherent parallelism, it is actively researched to implement fast public-key cryptography using RNS. This paper derives the exact error bound of approximation on the Cox-Rower architecture which was proposed for RNS modular multiplication. This is the tightest bound ever found and enables us to find new parameter sets for the Cox-Rower architecture, which cannot be found with old bounds

An algorithmic and architectural study on Montgomery exponentiation in RNS

The modular exponentiation on large numbers is computationally intensive. An effective way for performing this operation consists in using Montgomery exponentiation in the Residue Number System (RNS). This paper presents an algorithmic and architectural study of such exponentiation approach. From the algorithmic point of view, new and state-of-the-art opportunities that come from the reorganization of operations and precomputations are considered. From the architectural perspective, the design opportunities offered by well-known computer arithmetic techniques are studied, with the aim of developing an efficient arithmetic cell architecture. Furthermore, since the use of efficient RNS bases with a low Hamming weight are being considered with ever more interest, four additional cell architectures specifically tailored to these bases are developed and the tradeoff between benefits and drawbacks is carefully explored. An overall comparison among all the considered algorithmic approaches and cell architectures is presented, with the aim of providing the reader with an extensive overview of the Montgomery exponentiation opportunities in RNS

ИНТЕГРАЛЬНО-ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКАЯ БАЗА МОДУЛЯРНЫХ СИСТЕМ СЧИСЛЕНИЯ

The problem of development of an integrated characteristic base of a modular number system defined on the ranges of non-negative integers is studied. A mechanism of interval-modular forms of integer numbers is applied to solve this problem. Interval index characteristics – the interval index and the main interval index - play a key role in this mechanism. Priority of these characteristics is explained by their essential advantages over known integrated characteristics of a modular code when optimizing algorithms of non-modular operations.Рассматривается проблематика создания интегрально-характеристической базы модуляр-ных систем счисления, определенных на диапазонах неотрицательных целых чисел. Для решения по-ставленной задачи применяется аппарат интервально-модулярных форм целых чисел, ключевую роль в котором выполняют интервально-индексные характеристики – интервальный индекс и главный интервальный индекс. Приоритетные позиции данных характеристик обусловлены их существенны-ми преимуществами над известными интегральными характеристиками модулярного кода при оптимизации алгоритмов немодульных операций

Parallel FPGA Implementation of RSA with Residue Number Systems - Can side-channel threats be avoided? - Extended version

In this paper, we present a new parallel architecture to avoid side-channel analyses such as: timing attack, simple/differential power analysis, fault induction attack and simple/differential electromagnetic analysis. We use a Montgomery Multiplication based on Residue Number Systems. Thanks to RNS, we develop a design able to perform an RSA signature in parallel on a set of identical and independent coprocessors. Of independent interest, we propose a new DPA countermeasure in the framework of RNS. It is only (slightly) memory consuming (1.5 KBytes). Finally, we synthesized our new architecture on FPGA and it presents promising performance results. Even if our aim is to sketch a secure architecture, the RSA signature is performed in less than 160 ms, with competitive hardware resources. To our knowledge, this is the first proposal of an architecture counteracting electromagnetic analysis apart from hardware countermeasures reducing electromagnetic radiations

УМНОЖЕНИЕ ПО БОЛЬШОМУ МОДУЛЮ В МИНИМАЛЬНО ИЗБЫТОЧНОЙ МОДУЛЯРНОЙ СИСТЕМЕ СЧИСЛЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПЕРАЦИЙ МАСШТАБИРОВАНИЯ

Предлагается новый метод умножения по большим простым модулям в минимально избыточной модулярной системе счисления (МИМСС). Его основу составляют быстросходящаяся рекурсивная схема приведения к остатку (схема спуска Ферма) и высокоскоростной алгоритм масштабирования табличного типа. Исследуются проблемы корректности метода и даются оценки его эффективности. Синтезируется мультипликативный алгоритм, который в сравнении с аналогами позволяет уменьшить количество таблиц для формирования базовых интегральных характеристик на 35–40 % и сократить временные затраты как минимум в 1,6  раза

УМНОЖЕНИЕ ПО БОЛЬШИМ МОДУЛЯМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИНИМАЛЬНО ИЗБЫТОЧНОЙ МОДУЛЯРНОЙ СХЕМЫ МОНТГОМЕРИ

Предлагается новый быстрый алгоритм умножения по большому модулю p, реализующий минимально избыточную модулярную схему Монтгомери. Главной отличительной особенностью разработанной схемы является использование интервально-индексных характеристик и интервальномодулярной формы чисел в базовых процедурах расширения кода. Достигаемая за счет этого оптимизация синтезированного мультипликативного алгоритма обеспечивает (3,5−3,6)-кратное повышение производительности в сравнении с наиболее близким лучшим аналогом при выполнении на однопроцессорной ЭВМ. При этом необходимый объем табличной памяти в случае 1024- и 2462-битовых p не превышает соответственно 1,2 и 6,46 Гб. Если пороговые значения размера памяти таблиц для указанных p составляют 141 и 334 Мб, то получаемый выигрыш в быстродействии является двухкратным

Умножение по большим модулям с использованием минимально избыточной модулярной схемы Монтгомери

Предлагается новый быстрый алгоритм умножения по большому модулю p, реализующий минимально избыточную модулярную схему Монтгомери. Главной отличительной особенностью разработанной схемы является использование интервально-индексных характеристик и интервально-модулярной формы чисел в базовых процедурах расширения кода. Достигаемая за счет этого оптимизация синтезированного мультипликативного алгоритма обеспечивает (3,5-3,6)-кратное повышение производительности в сравнении с наиболее близким лучшим аналогом при выполнении на однопроцессорной ЭВМ. При этом необходимый объем табличной памяти в случае 1024- и 2462-битовых p не превышает соответственно 1,2 и 6,46 Гб. Если пороговые значения размера памяти таблиц для указанных p составляют 141 и 334 Мб, то получаемый выигрыш в быстродействии является двукратным