[发明专利]一种PCI密码卡的优化椭圆曲线公钥密码的方法及系统

说明书

本发明公开了一种PCI密码卡的优化椭圆曲线公钥密码的方法及系统，在算法核中设计了异步调度模块、多核并行模块以及主算法核模块；该方法包括：确定待优化椭圆曲线公钥密码算法的执行步骤；异步调度模块负责接收算法运算指令和调度功能，主算法核模块负责接收输入参数(密钥、待运算的明文数据)，输出运算结果；多核并行模块配置多个点乘运算核，接收异步调度模块启动信号并输出点乘运算结果。该方法通过异步方式优化的椭圆曲线公钥密码算法，可以令主算法核及多核并行模块同时运行，进而优化掉点乘运算占用时间。多核并行模块中算法核的数量越多，在资源允许的条件下，算法运行越快，性能越高。

技术领域

本发明涉及信息安全领域，特别涉及一种PCI密码卡的优化椭圆曲线公钥密码的方法及系统，采用异步方式优化椭圆曲线公钥密码。

背景技术

椭圆曲线密码算法是一种公开的公钥密码算法，自1985年被提出后得到广泛应用，相较于RSA算法，具有更短的密钥，可提供相当的或更高的安全级别。SM2密码算法是我国基于ECC椭圆曲线密码理论自主研发设计，有效提升了我国信息安全保障水平，目前被广泛应用在各种密码安全应用平台上。

PCI密码卡作为一种密码安全设备平台，具有密码运算、密钥管理、产生物理随机数和保护设备自身安全的功能，可应用在需要密码运算和密钥管理等安全功能的保密设备上，如网络密码机、计算机设备、安全终端、证书中心(CA)系统有关的设备。随着信息安全行业对高性能密码运算需求的逐步增多，在保密设备上，如何提升密码运算的性能成为行业内关注的重点。

以国产SM2算法为例，目前提高SM2算法性能一般采用两种思路。第一种方式是配置更多的SM2算法核，采用多核战术，该方案能够整体上提高SM2算法的性能，该方案不涉及SM2算法本身的优化，软算法库借助强力的CPU即可实现。但硬件ASIC算法芯片设计成多核，这种多核模式对芯片应用者会造成了很大的麻烦，需要开发对应的数据通讯机制(PCIE)以及重新设计调度机制进行配合，该方式实现的硬件产品易用性不高。第二种方式是单算法核SM2算法级优化，比如：有限域计算进行优化，转化仿射坐标、快速固定点的点乘优化等，上述方案能够提高SM2算法的性能，SM2签名性能提升大约2～3倍。

椭圆曲线公钥密码算法的核心运算是点乘运算，该运算过程复杂度较高，比较耗时。以SM2签名运算为例，首先做一个点乘运算，然后等待其运算完成得到结果后再依次做模运算，即使采用多算法核，这种串行的操作也严重影响SM2算法运算性能。

因此，在保密设备上，如何提升密码运算的性能成为行业内亟待解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种PCI密码卡的优化椭圆曲线公钥密码的方法及系统，可解决在保密设备上难以提升密码运算性能的问题，该方法将耗时较多的点乘运算采用异步方式处理，实现加密算法核内点乘运算与模运算并行执行，进而优化掉点乘运算耗费时间，极大地提升了加密算法的运算性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

第一方面，本发明实施例提供一种PCI密码卡的优化椭圆曲线公钥密码的方法，在算法核中设计了异步调度模块、多核并行模块以及主算法核模块；该方法包括：

S1、确定待优化椭圆曲线公钥密码算法的执行步骤；

S2、异步调度模块接收椭圆曲线公钥密码算法指令后，分别向主算法核模块和多核并行模块发送启动信号；

S3、多核并行模块采用多个算法核独立运行所述执行步骤中的部分操作；所述多个算法核的数量由点乘运算与模运算耗时比决定；每个算法核均包含一个启动信号；

S4、待主算法核模块从多核并行模块其中一个算法核M中取出点乘结果后，异步调度模块再对多核并行模块的算法核M发送启动工作信号，直至M的取值与多核并行模块的算法核数量相同；