本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域中的消息加密和解密技術(shù)，特別涉及一種素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰加密算法的硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全問題的關(guān)注越來越大。信息加密和解密技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，可保證信息的安全，防止信息在傳輸過程中受到攻擊，從而被不法分子截取或破壞。

sm2是國家密碼管理局于2010年12月17日發(fā)布的橢圓曲線公鑰密碼算法，與傳統(tǒng)的公鑰密碼體制(例如rsa密碼體制)相比，橢圓曲線密碼體制使用相對(duì)比較短的密鑰就可以達(dá)到相同的安全程度。因此，更短的密鑰使得橢圓曲線密碼體制的應(yīng)用范圍更加廣泛。

雖然國家密碼局早在2010年就公布了sm2橢圓曲線公鑰加密算法，但是目前將其用硬件實(shí)現(xiàn)的方案還比較少，并且現(xiàn)有的硬件實(shí)現(xiàn)方案的硬件資源消耗較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰加密算法的硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在素域fp下，采用高層次的模塊化方法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了合理的劃分，將系統(tǒng)劃分為多個(gè)模塊，采用硬件模塊復(fù)用的方法，通過設(shè)置上層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊的復(fù)用，通過設(shè)置下層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊的復(fù)用，從而提供了一種所用硬件資源更少，成本更低、運(yùn)行速度更快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的sm2橢圓曲線公鑰加密算法的硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰加密算法的硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)傳輸?shù)南⑦M(jìn)行加密和解密，該系統(tǒng)所用到的模塊包括：sm2主控模塊、sm2解析模塊、加密控制模塊、解密控制模塊、上層復(fù)選模塊、隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊、下層復(fù)選模塊、點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊，其中：

所述sm2主控模塊：用于與所述sm2解析模塊進(jìn)行通信，進(jìn)而調(diào)用加密控制模塊和解密控制模塊對(duì)消息進(jìn)行加密和解密；

所述sm2解析模塊：用于解析所述sm2主控模塊發(fā)出的命令，確定系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間要實(shí)現(xiàn)的是消息加密還是消息解密功能，并將進(jìn)行消息加密的命令發(fā)送給所述加密控制模塊，將進(jìn)行消息解密的命令發(fā)送給解密控制模塊；

所述加密控制模塊：用于在收到所述sm2解析模塊發(fā)送的進(jìn)行消息加密的命令后，與所述上層復(fù)選模塊進(jìn)行通信，通過所述上層復(fù)選模塊調(diào)用所述隨機(jī)數(shù)生成模塊、所述運(yùn)算控制模塊、所述比特串處理模塊、所述密鑰派生模塊、所述雜湊模塊，通過所述下層復(fù)選模塊調(diào)用所述點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、所述異或運(yùn)算模塊、所述比特串轉(zhuǎn)換模塊、所述比特串拼接模塊，對(duì)消息進(jìn)行加密；

所述解密控制模塊：用于在收到所述sm2解析模塊發(fā)送的進(jìn)行消息解密的命令后，與所述上層復(fù)選模塊進(jìn)行通信，通過所述上層復(fù)選模塊調(diào)用所述隨機(jī)數(shù)生成模塊、所述運(yùn)算控制模塊、所述比特串處理模塊、所述密鑰派生模塊、所述雜湊模塊，通過所述下層復(fù)選模塊調(diào)用所述點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、所述異或運(yùn)算模塊、所述比特串轉(zhuǎn)換模塊、所述比特串拼接模塊，對(duì)消息進(jìn)行解密；

所述上層復(fù)選模塊：用于當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行消息加密時(shí)，所述加密控制模塊與所述上層復(fù)選模塊進(jìn)行通信，通過所述上層復(fù)選模塊調(diào)用所述隨機(jī)數(shù)生成模塊、所述運(yùn)算控制模塊、所述比特串處理模塊、所述密鑰派生模塊、所述雜湊模塊進(jìn)行消息加密，當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行消息解密時(shí)，所述解密控制模塊與所述上層復(fù)選模塊進(jìn)行通信，通過所述上層復(fù)選模塊調(diào)用所述隨機(jī)數(shù)生成模塊、所述運(yùn)算控制模塊、所述比特串處理模塊、所述密鑰派生模塊、所述雜湊模塊進(jìn)行消息解密；

所述隨機(jī)數(shù)生成模塊：用于生成隨機(jī)數(shù)k∈[1，n-1]；

所述運(yùn)算控制模塊：用于通過所述下層復(fù)選模塊來調(diào)用所述點(diǎn)乘運(yùn)算模塊和所述異或運(yùn)算模塊，完成點(diǎn)乘運(yùn)算和異或運(yùn)算；

所述比特串處理模塊：用于通過所述下層復(fù)選模塊來調(diào)用所述比特串轉(zhuǎn)換模塊和所述比特串拼接模塊，完成比特串轉(zhuǎn)換和比特串拼接；

所述密鑰派生模塊：用于進(jìn)行密鑰派生運(yùn)算，生成密鑰數(shù)據(jù)比特串；

所述雜湊模塊：用于采用sm3密碼雜湊算法，進(jìn)行密碼雜湊運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的雜湊值；

所述下層復(fù)選模塊：用于當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行點(diǎn)乘運(yùn)算和異或運(yùn)算時(shí)，所述運(yùn)算控制模塊與所述下層復(fù)選模塊通信，通過所述下層復(fù)選模塊調(diào)用所述點(diǎn)乘運(yùn)算模塊和所述異或運(yùn)算模塊，完成點(diǎn)乘運(yùn)算和異或運(yùn)算；當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行比特串轉(zhuǎn)換和比特串拼接時(shí)，所述比特串處理模塊與所述下層復(fù)選模塊通信，通過所述下層復(fù)選模塊調(diào)用所述比特串轉(zhuǎn)換模塊和所述比特串拼接模塊，完成比特串轉(zhuǎn)換和比特串拼接；

所述點(diǎn)乘運(yùn)算模塊：用于完成消息加密和消息解密過程中所需的點(diǎn)乘運(yùn)算；

所述異或運(yùn)算模塊：用于完成消息加密和解密過程中所需的異或運(yùn)算；

所述比特串轉(zhuǎn)換模塊：用于將橢圓曲線上的點(diǎn)轉(zhuǎn)換為與之相對(duì)應(yīng)的比特串，將比特串轉(zhuǎn)換為橢圓曲線上與之相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)；

所述比特串拼接模塊：用于將兩個(gè)以上的比特串進(jìn)行拼接，使之成為一個(gè)比特串。

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，采用了高層次的模塊化方法，按照硬件占用資源少、成本低、系統(tǒng)運(yùn)行速度快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)的原則，將系統(tǒng)進(jìn)行了合理的劃分，具體劃分為所述sm2主控模塊、所述sm2解析模塊、所述加密控制模塊、所述解密控制模塊、所述上層復(fù)選模塊、所述隨機(jī)數(shù)生成模塊、所述運(yùn)算控制模塊、所述比特串處理模塊、所述密鑰派生模塊、所述雜湊模塊、所述下層復(fù)選模塊、所述點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、所述異或運(yùn)算模塊、所述比特串轉(zhuǎn)換模塊、所述比特串拼接模塊，每個(gè)模塊可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

所述比特串拼接模塊采用首尾依次相接進(jìn)行拼接。

一種素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰密碼算法中利用公鑰加密算法來加密消息的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟：

步驟一：通過上層復(fù)選模塊調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成模塊，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)k∈[1，n-1]；

步驟二：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊，計(jì)算c1＝[k]g＝(x1，y1)和s＝[h]pb；

步驟三：檢驗(yàn)s是否為無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，若s是無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，則報(bào)錯(cuò)并退出，若s不是無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟四；

步驟四：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊，計(jì)算[k]pb＝(x2，y2)；

步驟五：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串轉(zhuǎn)換模塊，將點(diǎn)(x1，y1)和點(diǎn)(x2，y2)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的比特串，調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串x2和y2，得比特串x2||y2；

步驟六：通過上層復(fù)選模塊來調(diào)用密鑰派生模塊，對(duì)比特串x2||y2和整數(shù)klen進(jìn)行密鑰派生運(yùn)算，得比特串t；

步驟七：檢驗(yàn)t是否為全為0的比特串，若是則返回步驟一，若否則執(zhí)行步驟八；

步驟八：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用異或運(yùn)算模塊，計(jì)算

步驟九：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串x2、m和y2，得比特串x2||m||y2；

步驟十：通過上層復(fù)選模塊調(diào)用雜湊模塊，對(duì)比特串x2||m||y2進(jìn)行密碼雜湊運(yùn)算，得雜湊值c3；

步驟十一：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串c1、c2和c3，得到密文c＝c1||c2||c3。

在加密消息的過程中，采用硬件模塊復(fù)用的方法，通過運(yùn)用上層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊的復(fù)用，通過運(yùn)用下層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊的復(fù)用。

一種素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰密碼算法中利用公鑰加密算法來解密密文的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：從密文c中取出比特串c1，比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串轉(zhuǎn)換模塊，將比特串c1轉(zhuǎn)換為點(diǎn)c1；

步驟二：檢驗(yàn)點(diǎn)c1是否滿足橢圓曲線方程，若不滿足則報(bào)錯(cuò)并退出，若滿足則執(zhí)行步驟三；

步驟三：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊，計(jì)算s’＝[h]c1；

步驟四：檢驗(yàn)是s’否為無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，若s’是無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，則報(bào)錯(cuò)并退出，若s’不是無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟五；

步驟五：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊，計(jì)算[db]c1＝(x2’，y2’)；

步驟六：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串轉(zhuǎn)換模塊，將坐標(biāo)x2’和y2’轉(zhuǎn)換為與之相對(duì)應(yīng)的比特串，調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串x2’和y2’，得到比特串x2’||y2’；

步驟七：通過上層復(fù)選模塊來調(diào)用密鑰派生模塊，對(duì)比特串x2’||y2’和整數(shù)klen進(jìn)行密鑰派生運(yùn)算，得比特串t’；

步驟八：檢驗(yàn)t’是否為全為0的比特串，若是則報(bào)錯(cuò)并退出，若否則執(zhí)行步驟九；

步驟九：從密文c中取出比特串c2，運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用異或運(yùn)算模塊，計(jì)算

步驟十：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串x2’、m’和y2’，得到比特串x2’||m’||y2’；

步驟十一：通過上層復(fù)選模塊調(diào)用雜湊模塊，對(duì)比特串x2’||m’||y2’進(jìn)行密碼雜湊運(yùn)算，得到雜湊值u；

步驟十二：從密文c中取出比特串c3；

步驟十三：檢驗(yàn)u＝c3是否成立，若不成立則報(bào)錯(cuò)并退出，若成立則執(zhí)行步驟十四；

步驟十四：輸出解密后的明文m’。

在解密密文的過程中，采用硬件模塊復(fù)用的方法，通過運(yùn)用上層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊的復(fù)用，通過運(yùn)用下層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊的復(fù)用。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

(1)本發(fā)明在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，采用了高層次的模塊化方法，即按照硬件占用資源少、成本低、系統(tǒng)運(yùn)行速度較快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)的原則，將系統(tǒng)進(jìn)行了合理的劃分，具體劃分為sm2主控模塊、sm2解析模塊、加密控制模塊、解密控制模塊、上層復(fù)選模塊、隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊、下層復(fù)選模塊、點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊，每個(gè)模塊可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。通過這種高層次的模塊劃分方法，大大減少了系統(tǒng)硬件資源的使用，降低了成本，加快了系統(tǒng)的運(yùn)行速度，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。

(2)本發(fā)明采用硬件模塊復(fù)用的方法，通過運(yùn)用上層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊的復(fù)用，通過運(yùn)用下層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊的復(fù)用，從而大大減少了系統(tǒng)硬件資源的使用，降低了成本。

(3)本發(fā)明采用硬件的方法來實(shí)現(xiàn)sm2橢圓曲線加密算法中對(duì)消息的加密和解密，與軟件實(shí)現(xiàn)方法相比，硬件實(shí)現(xiàn)方法的運(yùn)行速度更快、安全性更高，同時(shí)可以集成到多種加密芯片等硬件設(shè)備上，應(yīng)用廣泛，可產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的一種素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰加密算法的硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是在素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰密碼算法中利用公鑰加密算法來加密消息的流程圖；

圖3是在素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰密碼算法中利用公鑰加密算法來解密密文的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

本發(fā)明提供一種素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰加密算法的硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，本發(fā)明中所涉及到的sm2橢圓曲線和算法均是定義在素域fp上的，其中p為大于3的素?cái)?shù)。素域fp上的橢圓曲線方程為y²x³+ax+b，其中a，b∈fp，且(4a³+27b²)modp≠0。

圖1為本發(fā)明提供的一種素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰加密算法的硬件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)能夠從硬件上，實(shí)現(xiàn)對(duì)消息的加密和解密，保證消息的安全，防止消息在傳輸過程中受到攻擊，從而被不法分子截取或破壞。該系統(tǒng)所用到的模塊包括：sm2主控模塊、sm2解析模塊、加密控制模塊、解密控制模塊、上層復(fù)選模塊、隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊、下層復(fù)選模塊、點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊。

sm2主控模塊：用于與sm2解析模塊進(jìn)行通信，進(jìn)而調(diào)用加密控制模塊和解密控制模塊對(duì)消息進(jìn)行加密和解密。

sm2解析模塊：用于解析sm2主控模塊發(fā)出的命令，確定系統(tǒng)當(dāng)前時(shí)間要實(shí)現(xiàn)的是消息加密還是消息解密功能，并將進(jìn)行消息加密的命令發(fā)送給加密控制模塊，將進(jìn)行消息解密的命令發(fā)送給解密控制模塊。

加密控制模塊：用于在收到sm2解析模塊發(fā)送的進(jìn)行消息加密的命令后，與上層復(fù)選模塊進(jìn)行通信，通過上層復(fù)選模塊調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊，通過下層復(fù)選模塊調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊，對(duì)消息進(jìn)行加密。

解密控制模塊：用于在收到sm2解析模塊發(fā)送的進(jìn)行消息解密的命令后，與上層復(fù)選模塊進(jìn)行通信，通過上層復(fù)選模塊調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊，通過下層復(fù)選模塊調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊，對(duì)消息進(jìn)行解密。

上層復(fù)選模塊：用于當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行消息加密時(shí)，加密控制模塊與上層復(fù)選模塊進(jìn)行通信，通過上層復(fù)選模塊調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊進(jìn)行消息加密，當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行消息解密時(shí)，解密控制模塊與上層復(fù)選模塊進(jìn)行通信，通過上層復(fù)選模塊調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊進(jìn)行消息解密。

隨機(jī)數(shù)生成模塊：用于生成隨機(jī)數(shù)k∈[1，n-1]。

運(yùn)算控制模塊：用于通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊和異或運(yùn)算模塊，完成點(diǎn)乘運(yùn)算和異或運(yùn)算。

比特串處理模塊：用于通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串轉(zhuǎn)換模塊和比特串拼接模塊，完成比特串轉(zhuǎn)換和比特串拼接。

密鑰派生模塊：用于進(jìn)行密鑰派生運(yùn)算，生成密鑰數(shù)據(jù)比特串。

雜湊模塊：用于采用sm3密碼雜湊算法，進(jìn)行密碼雜湊運(yùn)算，產(chǎn)生相應(yīng)的雜湊值。

下層復(fù)選模塊：用于當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行點(diǎn)乘運(yùn)算和異或運(yùn)算時(shí)，運(yùn)算控制模塊與下層復(fù)選模塊通信，通過下層復(fù)選模塊調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊和異或運(yùn)算模塊，完成點(diǎn)乘運(yùn)算和異或運(yùn)算；當(dāng)系統(tǒng)要進(jìn)行比特串轉(zhuǎn)換和比特串拼接時(shí)，比特串處理模塊與下層復(fù)選模塊通信，通過下層復(fù)選模塊調(diào)用比特串轉(zhuǎn)換模塊和比特串拼接模塊，完成比特串轉(zhuǎn)換和比特串拼接

點(diǎn)乘運(yùn)算模塊：用于完成消息加密和消息解密過程中所需的點(diǎn)乘運(yùn)算。

異或運(yùn)算模塊：用于完成消息加密和解密過程中所需的異或運(yùn)算。

比特串轉(zhuǎn)換模塊：用于將橢圓曲線上的點(diǎn)轉(zhuǎn)換為與之相對(duì)應(yīng)的比特串，將比特串轉(zhuǎn)換為橢圓曲線上與之相對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。

比特串拼接模塊：用于將兩個(gè)以上的比特串進(jìn)行拼接(首尾依次相接)，使之成為一個(gè)比特串。

圖2是在素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰密碼算法中利用公鑰加密算法來加密消息的流程圖，該加密算法由加密方a來實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行消息加密時(shí)，采用硬件模塊復(fù)用的方法，通過上層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊的復(fù)用，通過下層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊的復(fù)用，從而大大減少了系統(tǒng)硬件資源的使用，降低了成本。加密方a的輸入數(shù)據(jù)包括：素域fp下的橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)(方程參數(shù)a和b、階n、余因子h、基點(diǎn)g)，長度為klen比特的待加密的消息m，解密方b的公鑰pb。如圖2所示，該公鑰加密算法由以下步驟組成：

步驟一：通過上層復(fù)選模塊調(diào)用隨機(jī)數(shù)生成模塊，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)k∈[1，n-1]；

步驟二：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊，計(jì)算c1＝[k]g＝(x1，y1)和s＝[h]pb；

步驟三：檢驗(yàn)s是否為無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，若s是無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，則報(bào)錯(cuò)并退出，若s不是無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟四；

步驟四：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊，計(jì)算[k]pb＝(x2，y2)；

步驟五：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串轉(zhuǎn)換模塊，將點(diǎn)(x1，y1)和點(diǎn)(x2，y2)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的比特串，調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串x2和y2，得比特串x2||y2；

步驟六：通過上層復(fù)選模塊來調(diào)用密鑰派生模塊，對(duì)比特串x2||y2和整數(shù)klen進(jìn)行密鑰派生運(yùn)算，得比特串t；

步驟七：檢驗(yàn)t是否為全為0的比特串，若是則返回步驟一，若否則執(zhí)行步驟八；

步驟八：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用異或運(yùn)算模塊，計(jì)算

步驟九：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串x2、m和y2，得比特串x2||m||y2；

步驟十：通過上層復(fù)選模塊調(diào)用雜湊模塊，對(duì)比特串x2||m||y2進(jìn)行密碼雜湊運(yùn)算，得雜湊值c3；

步驟十一：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串c1、c2和c3，得到密文c＝c1||c2||c3。

圖3是在素域fp下的sm2橢圓曲線公鑰密碼算法中利用公鑰加密算法來解密密文的流程圖，該解密算法由解密方b來實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行解密密文時(shí)，采用硬件模塊復(fù)用的方法，通過上層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隨機(jī)數(shù)生成模塊、運(yùn)算控制模塊、比特串處理模塊、密鑰派生模塊、雜湊模塊的復(fù)用，通過下層復(fù)選模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)點(diǎn)乘運(yùn)算模塊、異或運(yùn)算模塊、比特串轉(zhuǎn)換模塊、比特串拼接模塊的復(fù)用，從而大大減少了系統(tǒng)硬件資源的使用，降低了成本。解密方b的輸入數(shù)據(jù)包括：素域fp下的橢圓曲線系統(tǒng)參數(shù)(方程參數(shù)a和b、階n、余因子h、基點(diǎn)g)，密文c＝c1||c2||c3，解密方b的私鑰db。如圖3所示，該解密密文算法由以下步驟組成：

步驟一：從密文c中取出比特串c1，比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串轉(zhuǎn)換模塊，將比特串c1轉(zhuǎn)換為點(diǎn)c1；

步驟二：檢驗(yàn)點(diǎn)c1是否滿足橢圓曲線方程，若不滿足則報(bào)錯(cuò)并退出，若滿足則執(zhí)行步驟三；

步驟三：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊，計(jì)算s’＝[h]c1；

步驟四：檢驗(yàn)是s’否為無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，若s’是無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，則報(bào)錯(cuò)并退出，若s’不是無窮遠(yuǎn)點(diǎn)，則執(zhí)行步驟五；

步驟五：運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用點(diǎn)乘運(yùn)算模塊，計(jì)算[db]c1＝(x2’，y2’)；

步驟六：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串轉(zhuǎn)換模塊，將坐標(biāo)x2’和y2’轉(zhuǎn)換為與之相對(duì)應(yīng)的比特串，調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串x2’和y2’，得到比特串x2’||y2’；

步驟七：通過上層復(fù)選模塊來調(diào)用密鑰派生模塊，對(duì)比特串x2’||y2’和整數(shù)klen進(jìn)行密鑰派生運(yùn)算，得比特串t’；

步驟八：檢驗(yàn)t’是否為全為0的比特串，若是則報(bào)錯(cuò)并退出，若否則執(zhí)行步驟九；

步驟九：從密文c中取出比特串c2，運(yùn)算控制模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用異或運(yùn)算模塊，計(jì)算

步驟十：比特串處理模塊通過下層復(fù)選模塊來調(diào)用比特串拼接模塊，拼接比特串x2’、m’和y2’，得到比特串x2’||m’||y2’；

步驟十一：通過上層復(fù)選模塊調(diào)用雜湊模塊，對(duì)比特串x2’||m’||y2’進(jìn)行密碼雜湊運(yùn)算，得到雜湊值u；

步驟十二：從密文c中取出比特串c3；

步驟十三：檢驗(yàn)u＝c3是否成立，若不成立則報(bào)錯(cuò)并退出，若成立則執(zhí)行步驟十四；

步驟十四：輸出解密后的明文m’。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。