Abschlussbericht

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Trusted Sensor Node
Register beschränken. Der Nachteil hierbei ist, genau wie beim AES, dass die entsprechende
Software unübersichtlich und schlechter lesbar wird (vgl. Listing 6.1 und 6.2).
Optimierung des ECC
Das ECC-Modul unterstützt die Berechnung von Punktmultiplikationen auf elliptischen Kurven
über erweiterten Binärfeldern (GF(2 m )). Die elliptische Kurve wird, gemäß dem NIST-
Standard, über alle Punkte definiert, die die Gleichung
y 2 + xy = x 3 + x 2 + b
erfüllen. Auf dieser elliptische Kurve werden die kryptographischen Operationen ausgeführt.
Das ECC-Modul bietet ebenfalls verschiedene Optimierungsansätze. Bisher ist es
notwendig, vor der Durchführung einer Punktmultiplikation, den Kurvenparameter b zu
schreiben, da dieser in Registern gehalten wird. Der ECC wird nur auf einer Kurve durchgeführt,
die durch den Kurvenparameter b beschrieben wird. Der Parameter ist konstant
und muss nicht verändert werden. Damit können diese Register entfallen und der Kurvenparameter
b „festverdrahtet“ werden. Dies spart Fläche und Energie.
Der ECC besitzt intern eine Quadriereinheit. Diese spezialisierte Einheit führt eine Quadrierung
in nur einem Taktzyklus durch. Um Fläche einzusparen, könnte man diese entfernen
und die Multiplikationseinheit des LEON2-Prozessors verwenden. Eine andere Möglichkeit
wäre, den Quadrierer durch einen kleineren langsameren Multiplizierer zu ersetzen.
Beide Varianten würden Fläche sparen, aber auf Kosten der Geschwindigkeit des Algorithmus
gehen und werden daher nicht umgesetzt. Denn ein Multiplizierer benötigt mehr
Taktzyklen als eine spezialisierte Quadrierereinheit, um die gleiche Berechnung auszuführen.
Eine weitere Möglichkeit, Fläche und Energieverbrauch zu optimieren, ist die Größe des
internen Multiplizierers anzupassen. In den Arbeiten ([45], [40]) werden verschiedene Multiplizierervarianten
für das ECC Modul verglichen. Diese Gegenüberstellung ist auszugsweise
in Tabelle 6.1 zusammengefasst. Die erste Spalte zeigt die Größe der Faktoren in
Bit, die zweite zeigt die Anzahl der Segmente, in welche die Faktoren zerlegt werden.
Die Anzahl der benötigten Takte für die Multiplikation ist in Spalte drei zu finden. Spalten
vier und fünf zeigen die benötigte Fläche und den Energieverbrauch für den Multiplizierer.
Letzterer wurde für eine Frequenz von 33 MHz simuliert und berücksichtigt nicht den
Ruhestrom der Schaltung.
Die momentan im TSN verwendete ECC Komponente enthält einen für 233-Bit Faktoren
ausgelegten 4-Segment-Multiplizierer. Dieser ist in Tabelle 6.1 mit einem * gekennzeichnet.
Die Größe des Multiplizierers ist in erster Linie von der Bitbreite der Faktoren abhängig,
wie man in Tabelle 6.1 gut erkennen kann. Bei einer Erhöhung der Anzahl an Segmenten
nimmt die Fläche des Multiplizierers ab und der Energieverbrauch zu. Bei einer Segmentierung
der Multiplikation wird diese in mehrere kleinere Multiplikationen aufgeteilt. Dadurch
müssen mehrere Teilmultiplikationen durchgeführt werden, wodurch die Anzahl der benötigten
Takte und der Energieverbrauch zunimmt.
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