확장성에 유리한 병렬 알고리즘 방식에 기반한 $GF(2^m)$나눗셈기의 VLSI 설계 = VLSI Design of an Improved Structure of a $GF(2^m)$ Divider

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서 제안한 유한체 나눗셈기는 기존에 존재하는 알고리즘을 개선하여 병렬 처리가 가능하도록 개선하였고, 이를 위하여 n bit look-up table 참조 방식을 도입하여 division당 2m/n cycle의 연산 처리량을 가질 때, n의 증가에 따른 회로 면적의 증가, 동작 주파수의 감소가 적어지게 된다. 이에 따라, 높은 연산 처리량과 적은 회로 면적이라는 두 가지 목표를 모두 달성할 수 있는 나눗셈기의 구현이 가능해졌다. 이를 바탕으로, Reed-Solomon Code와 ECC (Elliptic Curve Cryptography) 암호화 알고리즘 등, 통신의 오류 정정 부호 분야와 암호화 분야에서 자주 응용되는 Galois Field에서의 나눗셈 연산을 수행하는 $GF(2^m)$ 나눗셈기를 VHDL을 이용하여 설계하고 FPGA에 구현하여 기능을 검증하였다. 제안된 나눗셈기는 m=4, n=2의 경우에 대해 설계, 검증을 수행하였다. 회로의 구현은 Altera의 10만 게이트 급 FPGA EP20K30ETC144-1 Chip을 이용하여 77Mhz의 최대 동작 주파수상에서의 동작을 검증하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this contribution, we developed and improved an existing GF (Galois field) dividing algorithm by suggesting a novel architecture for a finite field divider, which is frequently required for the error correction applications and the security-related applications such as the Reed-Solomon code, elliptic curve encryption/ decryption, is proposed. We utilized the VHDL language to verify the design methodology, and implemented the architecture on an FPGA chip. We suggested the n-bit lookup table method to obtain the throughput of 2m/n cycles, where m is the order of the division polynomial and n is the number of the most significant lookup-bits. By doing this, we extracted the advantages in achieving both high-throughput and less cost of the gate areaon the chip. A pilot FPGA chip was implemented with the case of m=4, n=2. We successfully utilized the Altera's EP20K30ETC144-1 to exhibit the maximum operating clock frequency of 77 MHz.