KR19990053158A - How to calculate constant multiples on elliptic curves using Provenius map - Google Patents
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Abstract
본 발명은 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of calculating a constant multiple on an elliptic curve using a Provenius map.
일반적인 타원 곡선에 사용하는 상수배 연산의 경우에는 이진 방법을 사용하는데, 이 경우 최대 2n번의 연산이 필요하고 이 방법을 개선한 덧셈-뺄셈 방법의 경우에도 최대 3n/2번의 연산이 필요하다. 또한 메모리를 이용하는 경우에도 필요한 타원 곡선 덧셈 연산의 수를 n 이하로 줄이지 못하며, 타원 곡선 연산을 바탕체 위의 연산과 연결하는 방법을 사용하는 경우 메모리 사용이 허용되더라도 n번의 타원 곡선 덧셈 연산보다 빠른 속도를 갖지 못하는 문제점이 있다. 한편, 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연산 방법을 적용하여 n번 또는 n/2번의 연산으로 상수배 연산을 수행하는 방법이 있으나, 이는 원소의 수가 2인 유한체위에 정의되는 특수한 2개의 타원 곡선에만 적용할 수 있는 문제점이 있다.In the case of constant elliptic curves, the binary method is used. In this case, a maximum of 2n operations are required, and the addition-subtraction method, which has improved the method, requires a maximum of 3n / 2 operations. In addition, even when using memory, the number of elliptic curve addition operations required cannot be reduced to less than n. When using the method of connecting elliptic curve operations with operations on the substrate, the speed is faster than n elliptic curve addition operations even if the memory usage is allowed. There is a problem that does not have. On the other hand, there is a method of performing constant multiple operations on n or n / 2 operations by applying the constant multiple operation method on an elliptic curve using the Provenance map, but this is a special method defined in a finite position having 2 elements. There is a problem that can be applied only to two elliptic curves.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는, 타원 곡선 위의 점의 상수배 연산을 대응되는 프로비니어스 맵의 연산으로 바꾸고, 타원 곡선 위의 상수배 연산 과정을 축소 절차, 프로비니어스 맵에 의한 전개 절차 및 타원 곡선 위의 점의 상수배 연산 절차의 3단계로 나누어 수행하므로써 계산 속도를 향상시킬 수 있는 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연산 방법이 제시된다.In order to solve this problem, in the present invention, the constant multiplex operation of the point on the elliptic curve is replaced with the operation of the corresponding Provenence map, and the constant multiplex operation process on the elliptic curve is reduced by the reduction procedure and the provenant map. A method of calculating a constant on an elliptic curve using a Provenius map which can improve the calculation speed by performing the procedure and the step-by-step procedure of a constant on the elliptic curve is presented.
Description
본 발명은 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연산 방법에 관한 것으로 특히, 타원 곡선 위의 점의 상수배 연산을 대응되는 프로비니어스 맵의 연산으로 바꾸어 계산 속도를 향상시킬 수 있는 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of calculating a constant multiple on an elliptic curve using a Provenian map. In particular, a program capable of improving the calculation speed by changing a constant multiple operation of a point on an elliptic curve to a corresponding Provenian map operation. A method of calculating a constant multiple on an elliptic curve using a veneer map.
일반적으로, supersinfular가 아닌 타원 곡선 위의 상수배 연산의 경우 주어진 상수의 2진 수열 비트 수가 n 이라 할 때, 특수한 형태의 타원 곡선을 사용하는 경우에는 최대 n번의 타원 곡선 덧셈 연산이 필요한 Meier-Staffelbach 방법과, 이 방법을 개선하여 최대 n/2번의 타원 곡선 덧셈 연산이 필요한 Solinas의 방법을 사용한다. 그러나 이 방법들은 프로비니어스 맵을 이용하지만, 원소의 개수가 2인 유한체 GF(2) 위에 정의되는 특수한 2개의 타원 곡선 즉, Anomalous 타원 곡선과 그것을 꼰(twist) 타원 곡선에만 적용되는 방법이다. 즉, 주어진 상수의 2진 수열 비트 수의 1/2의 타원 곡선 덧셈 연산만으로 상수배 연산을 수행할 수 있는 타원 곡선은 GF(2) 위에서 정의되는 Anomalous 타원 곡선과 그것을 꼰(twist) 타원 곡선의 경우로 한정되어 있는 것이다.Generally, Meier-Staffelbach requires a maximum of n elliptic curve addition operations when using a special elliptic curve, given that the number of binary sequence bits of a given constant is n for a non-supersinfular elliptic curve. And Solinas' method that refines this method and requires up to n / 2 elliptic curve additions. However, these methods use the Provenian map but apply only to the two special elliptic curves defined on the finite field GF (2) with the number of elements 2. Anomalous elliptic curves and twisted elliptic curves. . That is, an elliptic curve capable of performing constant multiple operations with only an elliptic curve addition operation of 1/2 of the binary sequence bits of a given constant is an anomalous elliptic curve defined above GF (2) and a twisted elliptic curve. It is limited to the case.
한편, Anomalous 타원 곡선과 supersingular 타원 곡선이 아닌 일반적인 타원 곡선 위의 상수배 연산의 경우에는 이진 방법(binary method)을 사용하는데, 이진 방법을 사용할 경우에는 최대 2n번의 연산이 필요다. 또한 이진 방법을 개선한 덧셈-뺄셈(addition-subtraction) 방법의 경우에도 최대 3n/2번의 연산이 필요하다. 메모리를 이용하는 경우에는 필요한 타원 곡선 덧셈 연산의 수를 줄일 수 있지만, 현실적인 용량의 메모리를 사용하는 경우, 메모리를 사용함에도 불구하고 필요한 타원 곡선 덧셈 연산의 수를 n 이하로 줄이지는 못한다. 또 다른 타원 곡선 위의 상수배 연산 방법으로는, 타원 곡선 덧셈 연산을 바탕체 위의 연산과 연결하여 연산 속도를 개선하는 방법이 있는데, 이 경우에도 메모리의 사용을 허용하더라도 n번의 타원 곡선 덧셈 연산보다 빠른 속도를 얻을 수 없는 문제점이 있다. 즉, 일반적인 타원 곡선에 사용하는 상수배 연산은 주어진 상수의 2진 수열 비트 수 이상의 타원 곡선 연산을 필요로 하여, 이로 인해 계산 속도가 저하되는 문제점이 있다.On the other hand, the binary method is used for constant multiple operations on general elliptic curves that are not Anomalous elliptic curves and supersingular elliptic curves. When using binary methods, a maximum of 2n operations are required. In addition, the addition-subtraction method, which improves the binary method, requires a maximum of 3n / 2 operations. If the memory is used, the number of elliptic curve addition operations required can be reduced. However, if the memory of a realistic capacity is used, the number of elliptic curve addition operations required even though the memory is used cannot be reduced to n or less. Another method of constant multiplication on elliptic curves is to combine the elliptic curve addition operation with the operation on the substrate to improve the operation speed. In this case, even if the memory is allowed, There is a problem that can not get fast speed. That is, the constant multiplication operation used for a general elliptic curve requires an elliptic curve operation equal to or greater than the number of binary sequence bits of a given constant, which causes a problem in that the calculation speed is lowered.
따라서, 본 발명은 타원 곡선 위의 점의 상수배 연산을 대응되는 프로비니어스 맵의 연산으로 바꾸고, 타원 곡선 위의 상수배 연산 과정을 축소 절차, 프로비니어스 맵에 의한 전개 절차 및 타원 곡선 위의 점의 상수배 연산 절차의 3단계로 나누어 수행하므로써 계산 속도를 향상시킬 수 있는 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연산 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention replaces the constant multiplication operation of the point on the elliptic curve with the operation of the corresponding Provenius map, and the process of the constant multiplication operation on the elliptic curve, the reduction procedure, the unfolding procedure by the Provenian map, and the elliptic curve. The purpose of this paper is to provide a constant multiplication method on an elliptic curve using the Provenian map which can improve the computation speed by dividing into three steps of the constant multiplication procedure of the point of.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연산 방법은 상수배 연산을 수행하는 상수 m을 축소하여 프로비니어스 맵 전개시 항의 수가 적은 X+Yα를 구하는 축소 절차와, 상기 축소 절차에서 구한 X+Yα를 입력으로 하여 전개식의 계수의 크기가 유한체의 위수 q 미만이 되면서 총 항의 개수가 logqm+3 이하가 되도록 하여 프로비니어스 맵 전개를 모든 q에 대해 이용할 수 있게 하는 프로비니어스 맵에 의한 전개 절차와, 상기 프로비니어스 맵에 의한 전개 절차에서 구한 전개식을 이용하여 곡선 위의 임의의 점을 직접 m배 연산하는 상수배 연산 절차를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the constant multiplication operation method on an elliptic curve using the Provenian map according to the present invention reduces the constant m for performing the constant multiplication operation to obtain X + Yα having a small number of terms when developing a Provenius map. Using the reduction procedure and X + Yα obtained in the reduction procedure as inputs, the magnitude of the coefficient of the expansion equation is less than the upper limit q of the finite field, and the total number of terms is less than or equal to log q m + 3. The expansion procedure using the Provenance map, which is available for all q, and the constant multiple operation procedure that directly calculates m points of arbitrary points on the curve using the expansion formula obtained from the above development process by the Provenance map. It is characterized by comprising.
도 1은 본 발명에 따른 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연상 방법 중 축소 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도.1 is a flowchart illustrating a reduction procedure in a method of concatenating constant constants on an elliptic curve using a Provenance map according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연상 방법 중 전개 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도.Figure 2 is a flow chart illustrating the development procedure of the constant multiple association method on the elliptic curve using the Provenance map according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연상 방법 중 상수배 연산 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도.3 is a flowchart illustrating a constant multiplication operation procedure of the constant multiple association method on an elliptic curve using the Provenance map according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명은 바탕체 GF(q), GF(q)의 원소를 계수로 갖는 타원 곡선 방정식 E 및 정수 m이 주어졌을 때, E(GF(qn))의 임의의 점 P를 m 배 연산한 mP를 구하는 것으로 3개의 알고리즘으로 구성되어 있다. 본 발명의 입력은 유한체의 위수 q, 타원 곡선 E, 정수 m, E(GF(qn))의 원소 P, 타원 곡선군 E(GF(q))의 위수 N1및 타원 곡선군 E(GF(qn))의 위수 Nn이며, 출력은 타원 곡선 위의 한 점인 mP이다. q와 E가 주어졌을 때 N1은 슈프(Schoof) 알고리즘에 의해 구할 수 있고, Nn은 N1으로부터 간단한 계산에 의해 구할 수 있다. 본 발명의 계산을 수행함에 있어 E(GF(qn))의 임의의 점은, GF(qn)의 두 원소의 순서쌍으로 구성되며 각 원소들은 정규 기저를 사용하여 표시한다. 또한 E(GF(qn))의 임의의 두 점을 더하는 연산은, 타원 곡선 E의 방정식의 계수들을 이용하여 잘 알려진 기존의 타원 곡선 덧셈연산으로 수행한다.In the present invention, mP is calculated by m times an arbitrary point P of E (GF (q n )) when an elliptic curve equation E having an element of GF (q) and GF (q) as a coefficient and an integer m is given. The algorithm consists of three algorithms. The input of the present invention is the finite body of the water q, elliptic curve E, the constant m, the element P of the E (GF (q n )), the elliptic curve group E (GF (q)) of the number N 1 and the elliptic curve group E ( GF (q n )) is N n and the output is mP, which is a point on the elliptic curve. Given q and E, N 1 can be found by the Schof algorithm, and N n can be found by simple calculation from N 1 . Any point of E (GF (q n )) in performing the calculations of the present invention consists of an ordered pair of two elements of GF (q n ) and each element is represented using a normal basis. The addition of any two points of E (GF (q n )) is also performed by the well-known existing elliptic curve addition operation using the coefficients of the equation of the elliptic curve E.
도 1은 본 발명에 따른 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연상 방법 중 축소 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도로서, 유한체의 위수 q, 정수 m, 타원 곡선군 E(GF(q))의 위수 N1과 타원 곡선군 E(GF(qn))의 위수 Nn을 입력으로 하여, m을 축소(reduction)한 X+Yα(X,Y는 정수)를 출력하는 과정을 나타낸다.1 is a flowchart illustrating a reduction procedure in a method of associating constants on an elliptic curve using a Provenian map according to the present invention, and includes a finite field power q, an integer m, and an elliptic curve group E (GF (q). It shows the process of outputting X + Yα (X, Y is an integer) by reducing m by inputting the power level N 1 of)) and the power level N n of the elliptic curve group E (GF (q n )). .
유한체의 위수 q, 정수 m, 타원 곡선군 E(GF(q))의 위수 N1과 타원 곡선군 E(GF(qn))의 위수 Nn을 입력받는다(101). 이후, 타원 곡선 E(GF(q))를 고정하고 E(GF(q))의 위수 N1에서 q+1을 뺀 수를 t라 한다. 즉, t는 q+1-N1이 된다. 한편, α를 정수 방정식 x2-tx+q=0의 한 근이라 하고 D를
도 2는 본 발명에 따른 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연상 방법 중 전개 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도로서, 도 1의 출력인 정수 X, Y 및 도 1의 입력인 q와 t를 입력으로 받아 X+Yα=
먼저, 정수 X, Y 및 q와 t를 입력(201)받은 후 k를 0으로 설정(202)하고 정수 X를 유한체의 위수 q로 나눈 나머지를 u라 한다(203). 이후, u가 0이거나 2X+tY가 2u-q보다 크거나 같은지 검사(204)하여 조건을 만족할 경우에는 (X,Y)를 (t(X-u)/q+Y, -(X-u)/q)로, u를 u-q로 치환(205)하고 c(k)를 u로 놓는다(206). u가 0이거나 2X+tY가 2u-q보다 크거나 같은지 검사(204)하여 조건을 만족하지 않을 경우, 즉 u는 0이 아니고 2X+tY가 2u-q보다 작으면 (X,Y)를 (t(X-u)/q+Y+t, -(X-u)/q-1)로 치환하고(207) c(k)를 u로 놓는다(206). 이후, X와 Y 모두 0인지 검사(208)하여, X와 Y가 동시에 모두 0이 아닌 경우에는 k의 값을 1 증가(209)시고 u를 계산하는 단계(203)부터 되풀이한다. 이러한 순환식은 n+3번 이내에 끝난다. 즉 n+2이하의 k에서 X와 Y가 모두 0이 된다. X와 Y가 모두 0이면 이때의 k값 및 c(0), c(1), c(2), ... , c(k)를 출력한다(210). 이때 X+Yα=
도 3은 본 발명에 따른 프로비니어스 맵을 이용한 타원 곡선 위의 상수배 연상 방법 중 상수배 연산 절차를 설명하기 위해 도시한 흐름도로서, log2q 보다 크거나 같은 최소의 정수 r과 도 2의 출력 k, c(0), c(1), c(2), ..., c(k)를 입력으로 Q=mP를 출력하는 과정을 나타낸다.3 is a flowchart shown for explaining the present invention pro beanie elliptical constant multiple associative method constant times the operation procedure of the above curve using the Earth map according to, greater than log 2 q, or at least of the integer r and 2, such as The output k, c (0), c (1), c (2), ..., c (k) are input and Q = mP is output.
먼저, 정수 r과 k, c(0), c(1), c(2), ..., c(k)를 입력받아(301) 1≤i<q인 정수 i에 대하여 정수들의 집합인 S(i)={j| c(j)=i, 0≤j≤k}와 S`(i)={j| c(j)=-i, 0≤j≤k}를 구한다(302). 이후, r개의 타원곡선위의 점 Q, Q(1), Q(2), ... , Q(r)을 모두 타원 곡선군의 항등원인 O으로 놓고 i를 1이라 놓는다(303). S(i)에 속하는 j에 대하여
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 시스템의 속도가 타원 곡선의 상수배 연산에 의존하는 타원 곡선 암호 시스템의 경우 메모리를 사용하지 않으면서도 타원 곡선 암호 시스템의 속도를 개선할 수 있어, 스마트 카드 등 메모리가 제한되고 빠른 속도를 요구하는 암호 체계에 사용하기가 용이하다. 또한 본 발명에 따른 타원 곡선 위의 상수배 연산 방법을 사용할 경우 타원 곡선 방정식의 계수가 작은 유한체에 속하는 경우 특히 연산이 용이하며, 이 경우에 타원 곡선 암호 시스템을 구성하는데 어려움이 되고 있는 타원 곡선의 위수를 구하는 문제를 해결할 수 있으므로 타원 곡선 암호 시스템의 구현이 용이해지는 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, in the case of an elliptic curve cryptographic system in which the speed of the system depends on the constant multiple operation of the elliptic curve, the speed of the elliptic curve cryptographic system can be improved without using a memory, such as a smart card or the like. It is easy to use for cryptographic systems that are limited and require high speed. In addition, in the case of using the constant multiple operation method on the elliptic curve according to the present invention, the calculation is particularly easy when the coefficient of the elliptic curve equation belongs to a small finite body, and in this case, the elliptic curve which is difficult to construct an elliptic curve cryptographic system. This solves the problem of finding the power of, which makes the elliptic curve cryptosystem easy to implement.
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KR20030078350A (en) * | 2002-03-29 | 2003-10-08 | 박근수 | Frobenius expansion method using n-th root of unity in Elliptic Curve Cryptosystem |
KR100518687B1 (en) * | 2003-12-01 | 2005-10-05 | 한국전자통신연구원 | Scalar-multiplication Method of elliptic curves defined over composite fields and The medium recording the program |
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- 1997-12-23 KR KR1019970072749A patent/KR19990053158A/en not_active Application Discontinuation
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