DS5250高速、安全微控制器具有MAA（模塊化算術(shù)加速器）。本應(yīng)用筆記解釋了MAA的冪法配置，討論了執(zhí)行時(shí)間的權(quán)衡，并顯示了典型的執(zhí)行時(shí)間。

介紹

模冪用于許多加密算法。任何實(shí)現(xiàn)這些算法之一的人都必須知道操作大約需要多長(zhǎng)時(shí)間。本應(yīng)用筆記描述了如何在DS5250高速、安全微控制器上完成模冪運(yùn)算。它列出了運(yùn)行各種表達(dá)式的典型時(shí)間，并描述了獲取計(jì)時(shí)的代碼流。

基本 MAA 操作

模冪是函數(shù)，（基數(shù)指數(shù)） 模量。例如，（29mod 10） 等于 （512 mod 10），等于 2。答案始終是介于 0 和模數(shù) 1 之間的數(shù)字。

DS5250上的MAA（模算術(shù)加速器）始終使用MAA寄存器“a”作為基數(shù)，MAA寄存器“e”作為指數(shù)，MAA寄存器“m”作為模數(shù)。MAA 寄存器“b”在操作前初始化為 1，并包含操作后的結(jié)果。MAA 大小寄存器（MAS1 和 MAS0 位于 A2h 和 A1h）告訴 MAA 這些寄存器中的最大位數(shù)。m 寄存器必須設(shè)置最高位才能工作。大小寄存器的值可以介于 2 到 4096 之間。

模塊化算術(shù)加速器控制寄存器（A3h時(shí)的MACT）包含用于控制MAA操作的位。計(jì)算配置位（MACT 寄存器的 CLC1 和 CLC0）確定要執(zhí)行的四個(gè)操作中的哪一個(gè)。運(yùn)算可以是模乘法;模平方;模平方和乘法;以及這里討論的操作，模冪。

模冪是用重復(fù)的平方和乘法計(jì)算的。平方運(yùn)算是針對(duì)指數(shù)中的每個(gè)位完成的。只有在設(shè)置指數(shù)中的相應(yīng)位時(shí)，才需要執(zhí)行乘法運(yùn)算。圖 1 給出了模冪運(yùn)算的偽代碼。優(yōu)化計(jì)算控制位（MACT 寄存器的 OCALC）確定是否對(duì)每個(gè)位執(zhí)行乘法運(yùn)算。啟用 OCALC 位后，每次在指數(shù)中找到 1 位時(shí)，都會(huì)執(zhí)行乘法運(yùn)算。當(dāng)禁用 OCALC 位時(shí)，對(duì)指數(shù)中的每個(gè)位（零或 1）進(jìn)行乘法，從而為任何特定模量大小提供類似的時(shí)間計(jì)算。所有私鑰計(jì)算都應(yīng)在 OCALC=0（禁用）以及從環(huán) （RNGSEL=1） 運(yùn)行以避免定時(shí)攻擊的情況下完成。

MAA 可以使用系統(tǒng)時(shí)鐘運(yùn)行，也可以從環(huán)運(yùn)行。選擇此選項(xiàng)時(shí)，MAA 以系統(tǒng)時(shí)鐘速度的一半運(yùn)行。因此，對(duì)于22.1MHz晶體，MAA將以10.05MHz運(yùn)行。從系統(tǒng)時(shí)鐘運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行相同的值需要相同的時(shí)間。當(dāng)MAA從環(huán)上運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行時(shí)間可能因電壓、溫度和環(huán)的固有速度而異，這些速度因部件而異。MAA以環(huán)的全速運(yùn)行。在表1和表2中的典型數(shù)據(jù)中，環(huán)在22Mhz附近運(yùn)行。 MACT 寄存器的環(huán)形振蕩器選擇 （RNGSEL） 控制用于模冪運(yùn)算的時(shí)鐘。

典型的 MAA 時(shí)序

已收集的時(shí)間分為兩組。第一組查看每個(gè)模數(shù)、基數(shù)和指數(shù)中的大數(shù)。第二組查看使用僅設(shè)置了 2 位的小指數(shù)（具體而言，值 10001h）時(shí)的時(shí)序。此數(shù)字有時(shí)用作 RSA 算法中的公共指數(shù)。在每個(gè)組中，有兩半。前半部分已啟用優(yōu)化 （OCALC=1），后半部分禁用了優(yōu)化。在每一半內(nèi)，列出不同時(shí)鐘源的典型定時(shí)值。這些計(jì)時(shí)均以毫秒 （ms） 為單位顯示。

表中給出的典型時(shí)序值是使用每個(gè)寄存器中的隨機(jī)值進(jìn)行十種不同計(jì)算的平均值。模數(shù)是隨機(jī)的，直到最高有效數(shù)字，始終為 1。通常，在每個(gè)參數(shù)中設(shè)置了大約一半的位。

每次計(jì)算的時(shí)序都是使用定時(shí)器0作為12分頻時(shí)鐘來(lái)測(cè)量的。當(dāng) 16 位定時(shí)器 0 滾動(dòng)更新時(shí)，將發(fā)生中斷，并將 1 添加到六個(gè)外部計(jì)數(shù)字節(jié)中。在計(jì)算結(jié)束時(shí)，計(jì)時(shí)器停止，外部計(jì)數(shù)字節(jié)和 16 位計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)顯示為 64 位數(shù)字，用于給出計(jì)算的長(zhǎng)度。22.1MHz振蕩器每個(gè)定時(shí)器的分辨率為543ns。分辨率在11.0592MHz時(shí)為1.085μs。圖 2 包含用于對(duì) MAA 計(jì)算進(jìn)行計(jì)時(shí)的偽代碼。

表 1.以毫秒為單位的模冪時(shí)間
（a、e 和 m 是隨機(jī)值）

表 2.以毫秒為單位的模冪時(shí)間

（e = 10001h;a 和 m 是隨機(jī)值）

圖1.用于模冪的偽代碼。

圖2.用于對(duì)模塊化冪計(jì)算進(jìn)行計(jì)時(shí)的偽代碼。

審核編輯：郭婷