I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1 ,   p p .   7 3 5 ~ 7 4 3   I SS N:  2 5 02 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs.v 2 1 .i 2 . p p 7 3 5 - 7 4 3          735       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   A co m pa ct  FP G A - ba sed  m o ntgo m e ry   m o dula m ulti plier       Ah m ed  A.   H .   Abd - E l k a der 1 ,   M o s t a f a   Ra s hd a n 2 ,   E l - Sa y ed  A.   M .   H a s a neen 3 ,   H esh a m   F .   A.   H a m e d 4   1 Qu sie T e lec o m ,   Tele c o m   Eg y p t,   Re d   S e a ,   Eg y p t   2 F a c u lt y   o f   En e rg y   En g in e e rin g ,   A s wa n   Un iv e rsit y ,   As w a n ,   Eg y p t   3 F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   A s wa n   Un iv e rsit y ,   As w a n ,   Eg y p t   4 F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   M in ia U n iv e rsity ,   M in ia,  Eg y p t,   a n d   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Eg y p ti a n   -   Ru ss ian   Un iv e rsity ,   Ca iro ,   Eg y p t       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 5 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   A u g   1 1 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   A u g   21 ,   2 0 2 0       T h is  p a p e p re se n ts  c o m p a c d e sig n   o f   M o n tg o m e r y   m o d u lar  m u lt ip li e (M M M ).   M M M   se rv e a a   b u il d in g   b lo c k   c o m m o n ly   re q u ired   i n   se c u rit y   p ro t o c o ls  re ly in g   o n   p u b li c   k e y   e n c ry p ti o n .   T h e   p ro p o se d   d e sig n   i in ten d e d   f o h a rd w a re   a p p li c a ti o n o f   li g h t w e i g h c r y p to g ra p h ic  m o d u les   t h a is  u ti li z e d   f o th e   s y ste m   o n   c h ip   (S o C)  a n d   i n tern e o f   th in g (Io T d e v ice s.  T h e   p ro p o se d   d e sig n   is a n   e n h a n c e m e n t   o f   th e   o rig in a l   M M M   w it h o u a n y   m u lt ip li c a ti o n   o r   su b trac ti o n   p ro c e ss e s.  T h e   m a in   targ e o f   th e   n e w   m o d if ica ti o n   is  e n h a n c in g   th e   p e rf o rm a n c e   a n d   re d u c i n g   th e   a re a   o f   th e   M M M   h a rd w a re   m o d u le.  T h e   o p e ra n d s   a n d   i n tern a l   v a riab les   o f   th e   p r o p o se d   h a rd w a re   c ircu it   is   o p ti m ize d   to   b e   b o u n d e d   t o   th e   sm a ll e st  e ff ic ien siz e   t o   m in im ize   th e   a re a   a n d   th e   c rit ica p a th   d e lay .   T h e   p ro p o se d   d e sig n   w a c o d e d   i n   V HD L ,   im p le m e n ted   on   th e   V irt e x - 6   F P G A ,   a n d   it p e rf o rm a n c e   wa a n a l y z e d   u ti li z in g   X I L INX   IS to o ls.  O u d e sig n   o c c u p ies   t h e   sm a ll e st  a re a   c o m p a rin g   w it h   o th e im p le m e n tatio n o n   t h e   sa m e   F P G A   t y p e .   T h e   p ro p o se d   d e sig n   sa v e in   a   ra n g e   b e tw e e n   6 0 . 0 %   a n d   9 9 . 0 %   o f   th e   re so u rc e c o m p a re d   w it h   o t h e re lev a n t   d e sig n s.    K ey w o r d s :   FP GA   L i g h t w ei g h t c r y p to g r ap h y   L UT   Mo d u lar   m u l tip lier   Vir tex - 6   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ah m ed   A .   H.   A b d - E l k ad er   Qu s ier   T elec o m   T elec o m   E g y p t,  T E   Qu s ier ,   R ed   Sea,   E g y p t   E m ail:  e n g . a h m ed _ a_ elk ad er @ y a h o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   C r y p to g r ap h y   i s   a n   i m p o r ta n ar ea   o f   co n ce r n   i n   t h f ield   o f   i n f o r m atio n   s ec u r it y   [ 1 ] .   T h m o s co m m o n l y   u s ed   p u b lic - k e y   cr y p to g r ap h ic  al g o r ith m s ,   s u c h   as  R S A ,   Di g ita Si g n at u r A l g o r ith m   ( DS A )   a n d   E llip tical  C u r v C r y p to g r ap h y   ( E C C ) ,   p r i m ar il y   r el y   o n   m o d u lar   m u lt ip licatio n   [ 2 ] .   T h er ef o r e,   cr y p to g r ap h ic   s y s te m   w it h   h ig h   p er f o r m a n ce   d ep en d s   o n   th co n s tr u ctio n   o f   m o d u lar   m u l tip licatio n .   A   Mo n tg o m er y   m o d u lar   m u ltip lier   ( MM M)   is   th w id el y   u s ed   m o d u lar   m u lt ip lier   [ 3 ] .   MM is   an   ef f ec tiv tec h n iq u f o r   im p le m en tin g   th m o d u lar   m u l tip licatio n   w i th   lar g o p er an d s   in   h i g h - p er f o r m a n ce   h ar d w ar [ 4 ,   5] .   Fo r   s ec u r it y   s c h e m es   w h ic h   ar b ased   o n   p u b lic  k e y   cr y p to g r ap h y ,   it  is   i m p o r t an to   u s h ar d w ar m o d u les   to   ac h iev h i g h   p er f o r m a n ce .   T h s ec u r it y   p r o v id ed   b y   m ea n s   o f   p u b lic  k e y   cr y p to g r ap h ic  alg o r it h m s   r eq u est  lar g n u m b er   o f   ar ith m et ic  o p er atio n s   o n   a b s tr ac alg eb r aic  s tr u ct u r es  ( f in ite  f ield s   an d   g r o u p s )   [ 2 ] .   Fu r t h er m o r e,   th e s o p er atio n s   ar co n v en tio n al l y   ex ec u ted   o v er   lar g n u m b er s   ( 1 6 0 - 3 0 7 2   b its ) ,   w h ic h   m a k es   th e m   co n s id er ab l y   ti m e - co n s u m i n g   o p er atio n s .   T h is   i s s u e   h as  m o ti v ated   th r e s ea r ch er s   to   m o d i f y   n e w   h ar d war e,   s p ec ialized   f o r   ac ce ler atin g   t h co m p u tatio n   t i m as th f o ca l d esig n   g o al,   w h ic h   co m es a t th co s t o f   h ig h   h ar d w ar r eso u r ce   co n s u m p tio n .   Ho w e v er ,   m aj o r   p r o b lem   w it h   th i s   k i n d   o f   a p p licatio n s   is   t h at ,   th e m b ed d ed   s y s te m s   r eq u ir e   f e w er   h ar d w ar r eso u r ce s .   T h er ef o r e,   th is   asp ec is   o n o f   th g r ea test   ch a llen g es  o f   i m p le m e n tatio n   o f   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 3 5   -   7 4 3   736   lig h t - w ei g h cr y p to g r ap h ic  s y s te m s .   T h p r ef er r ed   s o lu tio n   is   ap p ly i n g   cr y p to g r ap h ic  alg o r ith m s   o n   th Field   P r o g r am m ab le  Gate   A r r a y   ( FP GA ) .   T h F P GA   is   lo w - co s t,  v er s atile  an d   r o b u s t .   Fo r   cr y p to g r ap h ic  s y s te m s   i n   p ar ticu lar FP GA   is   ab le  to   r ec o n f i g u r f o r   an y   n e w   s ec u r i t y   r eq u ir e m e n ts .   L o w - co s an d   lo w - p o w er   FP G As  ar av ailab le  o n   t h m ar k e a n d   ar ex p ec ted   to   b ec o m p o p u lar   w i th   ap p licatio n s   li k th W ir eles s   Se n s o r   Net w o r k   ( W SN)   o r   th I n ter n e t o f   T h in g s   ( I o T )   [6 - 9] .     T h is   r esear ch   p r esen ts   n e w   a p p r o ac h   to   th MM alg o r ith m   w it h   h i g h er   ef f icie n c y   a n d   lo w er   ar ea   co s ts ,   w h ich   i s   a n   i m p o r ta n t   f ac to r   in   t h i m p le m en tatio n   o f   e m b ed d ed   d ev ices  s y s t e m s .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   is   m o d if ica tio n   o f   t h r ad ix - 2   MM s tr u ct u r to   im p r o v th ar ea   an d   th ef f icie n c y ,   n o   s u b tr ac tio n   o p er atio n s   ar p er f o r m ed .   T h p r ev io u s   m o d if icat io n   o f   M M to   d is ca r d   th f i n al  s u b tr ac ti o n   p r esen ted   n e w   s et  o f   p ar a m e ter s   an d   m o r c y cles  [ 1 0 ,   11] .   T h is   m e th o d   i n v o l v ed   ca lcu latio n   o f   t h Mo n tg o m er y   p r o d u ct  w it h   lo n g er   o p er an d s   an d   m o r iter atio n s ,   w h ich   co u ld   r ed u ce   p er f o r m an ce   s er io u s l y .   O u r   w o r k   i m p o s e s   tig h ter   b o u n d   o n   p r ev io u s   a s s u m p tio n s ,   w it h   n o   i n cr ea s i n   o p er an d   s ize  o r   n u m b er   o f   iter at io n s ,   w h ich   e n ab les   u s   to   ad v a n ce   th h ar d w ar i m p le m en ta t io n   e f f icien c y .   T h co m p ac s tr u ct u r o f   t h p r o p o s ed   d esig n   o v er   t h e   o th er   co m p etiti v d esig n s   is   a p p r o p r iate  f o r   em b ed d ed   s y s te m s   an d   h ar d w ar ap p licatio n s   o f   th I o T   d ev ices.  T h p r o p o s ed   d esig n   h a s   b ee n   co d e d   in   VHDL ,   an d   tar g eted   Vir tex - 6   FP GA   p latf o r m .   T h p r o p o s ed   d esig n   h as  b ee n   s y n th e s ized   u tili zi n g   Xilin x   I SE,   a n d   s i m u lated   u ti lizin g   Mo d elSi m .   T h n e w   ap p r o ac h   v ar io u s   b it - len g th   ( 1 6 0 - 1 0 2 4 )   h as  b ee n   co m p ar ed   w it h   t h r elate d   w o r k s   in   ter m s   o f   ar ea   i n   S lice  L UT s ,   f r eq u e n c y   i n   MH z ,   ti m in    ,   th r o u g h p u in   Mb p s ,   A r ea - T i m e   an d   ef f ic ien c y   ( Mb p s   p er   FP GA   L UT ) .   A   co m p ar is o n   o f   th r esu l ts   r ev ea ls   t h i m p r o v e m e n t o f   t h u tili ze d   h ar d w ar r eso u r ce s   o f   th p r o p o s ed   d esig n   o v er   th r elate d   w o r k s .     T h r est  o f   th p ap er   is   o r g an i ze d   as  f o llo w s .   Sectio n   2   ex p l o r er s   th class ical  al g o r ith m   o f   Mo d u lar   Mu ltip lier   R ed u ctio n ,   t h o r ig i n al  MM M,   an d   r ad ix - 2   MM M .   Sectio n   3   d escr ib es  th al g o r ith m ,   t h h ar d w ar e   i m p le m en ta tio n ,   an d   th e   b o u n d s   o n   th I n p u ts /O u tp u ts   ( I /O)   o f   th p r o p o s ed   d esig n .   Sec tio n   4   p r o v id es  th e   s i m u lat io n   a n d   th s y n t h esi s   r esu lt s   o f   t h i m p le m e n tati o n   o f   t h p r o p o s ed   d esig n .   T h b o u n d s   o n   th e   I n p u ts /Ou tp u ts   ( I /O)   o f   t h p r o p o s ed   d esig n   h as  b ee n   an al y z ed .   T h s i m u latio n   o f   t h p r o p o s ed   d esig n   an d   t h e   ac cu r ac y   o f   t h d esi g n   h as  b ee n   v er if ied   u s in g   Mo d elSi m .   T h s y n t h esi s   r es u lts   o f   i m p le m en ti n g   th e   p r o p o s ed   d esig n   o n   XI L I NX  Vir tex - 6   F P GA   h a v b ee n   p r o v id ed   u tili zin g   Xi lin x   I SE .   Fin all y ,   Secti o n   5   co n clu d es  o u r   co n tr ib u tio n   w o r k .         2.   B ACK G RO UND   2 . 1 .     Cla s s ica m o du la m u lt i pli ca t io n   A l g o r ith m   1   is   a   s tr aig h t f o r w ar d   alg o r ith m   to   co m p u te  t h m o d u lar   r ed u ctio n   o f   t w o   m u ltip lied   in te g er s   ,   B .   T h f ir s s tep   i s   o b tain in g   th p r o d u ct  α  o f   th in teg er   n u m b er s .   T h r ed u ctio n   m o d u lo     s tep   u s u all y   in v o lv e s   d iv is io n   o p er atio n     o f   α  b y   th m o d u lu s   ,   q   is   th q u o tien t.  C o m p u t a tio n   o f   th q u o tie n   an d   r e m ai n d er     w h e n     is   d iv id ed   b y     i s   d e m o n s tr ated   i n   [ 1 2 ] .   T h th ir d   s tep   is   o b tain i n g   t h r esid u   o f   th d iv i s io n   o p er atio n   as  t h r esu lt  o f   m o d u lar   m u l tip licatio n   r ed u ctio n .   I is   a   v er y   ti m e - co n s u m in g   o p er atio n   o n   b o th   h ar d w ar a n d   s o f t w ar p latf o r m s .       Algorithm - Classical Modular Multiplier   INPUT: Integers (     )   OUTPUT:      ×      .   1.      ×   ;   2.  =   / = + ;   3. Return ( ).     2 . 2 .     M o ntg o m er y   m o du la m u lt ipl ier  a lg o rit h m   Mo n tg o m er y   i n tr o d u ce d   tech n iq u to   a v o id   th d iv i s io n   p r o ce s s   f o r   th m o d u lar   r ed u ctio n   o f   p r o d u ct   o f   t w o   in te g er s   [ 3 ] .   Fo r   th th r ee   in teg er s   ( , , ) ,   Mo n tg o m er y   s u b s tit u ted   th d iv is io n   b y   m o d u l u s     w it h   th d iv is io n   b y   m o d u l u s   .   T h Mo n tg o m er y   ap p r o ac h   to   ca lc u late  t h r ed u ctio n   p r o d u ct  o f   m o d u lo     f o r   t w o   in te g er s     an d     is   lis ted :   a)   C h o o s i n g   R   .   R   i s   a n   in teg r al  p o w er   o f   2 .   T h in te g er     m u s b o d d   to   s atis f y   th co n d itio n   ( , ) = 1   b)   P r ec o m p u te  t h in teg er s   1    ̀   s u c h   th at:      1 ̀ = 1   ( 1 )     1 1        ( 2 )     ̀ = 1        ( 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A   co mp a ct  F P GA - b a s ed   mo n tg o mery  mo d u la r   mu ltip lier   ( A h med   A .   H.   A b d - E lka d er )   737   c)   T r an s f o r m   th o p er an d   to   its   Mo n tg o m er y   d o m ai n ,   w h ich   i s   k n o w n   al s o   w i th      f u n ctio n   [ 3 ]      ( , ) = × × 1      ( 4 )     ̅ =  ( , 2 ) = ×        ( 5 )     ̅ =  ( , 2 ) =   ×        ( 6 )     Giv i n g   th p r o d u ct   in   Mo n tg o m er y   d o m ai n   s u c h   th at :     ̅ =  ( ̅ , ̅ ) = ×     × R        ( 7 )     If   ̅ >     the n   ̅ =   ̅   ( 8 )     T h p r ev io u s   s tep   is   ex p en s i v d u to   its   r ed u ctio n   m o d u lo   .   T h er ef o r e,   Mo n tg o m er y   ap p lied   m o r ef f icien w a y   to   ca lc u late  it.        ( , ) = ( +   ̀        )   )   ( 9 )     w h er =   × .   T h is   eq u atio n   is   ap p lied   f o r   ̅ , ̅ , ̅ .   T o   r ev ea th f i n al  r e s u lt,   it  i s   n ec es s ar y   to   in v er s e   tr an s f o r m atio n   o f   t h Mo n t g o m er y   d o m ai n   to   its   o r ig in al  f o r m :      ( ̅ , 1 ) = ( ̅ + ̅   ̀        )   )   ( 1 0 )     T h p r ec ed in g   ap p r o ac h   is   s l o w   b ec au s o f   lo o f   ad d itio n   an d   m u l tip licatio n   o p er ati o n s .   Mo r ef f icien ap p r o ac h   is   d em o n s tr ated   in   A l g o r it h m - 2 ,   th al g o r ith m   Mo n t g o m er y   Mo d u lar   Mu ltip lier   ( d en o ted   as   MM alg o r ith m ) .       Algorithm - Montgomery Modular Multiplier (MMM )   Input: Integers ( , , ) [     b i t s ]   radix     representation   whe r e   0     ( , ) <   , R = k ,    ( , ) = 1 ,   ̀ = 1   m o d   R   Output :     =     ×   ×   R 1          1.    =   0 ;   2.   F or   (   f r o m   0   to   k 1 , = + 1 )   do   3 . = ( ( 0 + ×   0 ) × ̀ ) Mod   r ;   4.     =   (   +   ×   +   × ) / r ;   5.   Loop;   6.   If   >     t he n                   =     ;       end If   7. Return( ).     T h n e w   ap p r o ac h   u tili ze s   th    f u n c tio n   f o r   t w o   in te g er   o p e r an d s   ,   d i r ec tly .   w h er e     =   × .     =  ( , ) = ( +   ̀        )   )   ( 1 1 )     Fo r   MM alg o r ith m   t h er ar   iter atio n s ,   w h er   is   t h b it  len g th   o f   t h m o d u lu s   .   T h m u ltip lie r     b its   ar s ca n n ed   f r o m   L SB   to   MSB ,   0      0   ar th L SB s   o f          r esp ec tiv el y .   T h s tep s   3   an d   4   is   r ep ea ted   f o r   ev er y   iter atio n   f o r   its   co r r esp o n d in g     an d   f o r   its   ac cu m u lated     ac co r d in g   to   th s tep   3   r esu lt 1   o r   0 ; m o d u l u s     ad d ed   o r   n o t   to   s tep   4 .   T o   g et  th v al id atio n   r esu lt th MM al g o r it h m   i s   u s ed   o n ce   m o r e.        ( , 1 ) = ( +   ̀        )   )   ( 1 2 )           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 3 5   -   7 4 3   738   Algorithm - 3 Radix - 2   (MMM)   Input: Integers ( , , ) [      ]   radix - 2   representation.   whe r e   0     ( , ) <   , R = 2 k ,    ( , 2 ) = 1 ,   Output :     =     ×     ×   2        1.    =   0 ;   2 or   (   f r o m   0   to   k 1 , = + 1 )   do   3 . = ( 0 + ×   0 )   m o d   2 ;   4.     =   (   +   ×   +   × ) / 2 ;   5.   Loop;   6.   If   >     t he n                   =     ;       end If   7. Return( ).     A l g o r ith m - 3   d e m o n s tr ates  th e   R ad ix - 2   v er s io n   o f   MM M,   w h er = 2 ,   [ 1 3 ,   14] .   T h er ef o r ,   ̀ = 1 .   T h d iv is io n   b y   2   in   s tep - 4   is   s im p le  o n e - b it  r ig h s h if o p er atio n .   T h er ef o r e,   f o r   ea ch   iter atio n   lo o p   tw o   ad d itio n s   ar r eq u ir ed   an d   th f i n al  s u b tr ac tio n   ( s tep   8 ) .         3.   RE S E ARCH   M E T H O D   3 . 1 .     P r o po s ed  a lg o rit h m   o f   t he  m o du la m u lt ipl ier    T h m o d if ied   MMM   R ad ix - 2   m o d u lar   m u lt ip licatio n   alg o r ith m   i s   p r esen ted   in   A lg o r it h m - 4 .   T h is   alg o r ith m   is   t h m o d i f icatio n   o f   A l g o r it h m - 3   w it h o u t t h f i n al  s u b tr ac tio n   s tep ,   an d   w it h   m o d i f icat io n   o f   t h e   co n s tr u ct io n   to   r ed u ce   t h ar ea   an d   en h an ce   t h e f f icie n c y .   I n   A l g o r ith m - 3 ,   th m u ltip lier   co r r esp o n d in g   b it    is   m u l tip lied   b y   t h m u ltip lica n d   L e s Sig n i f ica n t B it   ( L SB )   0   in   s tep - 3 ,   a n d   b y   t h m u ltip lic an d     in   s tep - 4 .   In   Alg o r it h m - 3 ,   th m u ltip lica tio n   in   s tep - 3   is   A N o p er atio n ,   an d   in   s tep - 4   is   M u ltip le x er .     Algorithm - 4 Proposed Modular Multiplier   Input: Integers ( , , ) [      ]   radix  2   representation.      0     ( , ) <   , gc d ( , 2 ) = 1 .   Output :     =     ×     ×   2          1.  α   = 0;    2.     (      0      1 , = + 1 )      3. If  = '1' then      γ       else     γ   = 0;      End If;   4. If  α 1     γ 0   = '1' then     Ȥ =  γ   ;     else     Ȥ =  γ ;     End If;   5.  α = Ȥ +  ;   6.    = α >> 1 ;   7. Loop;   8.      9. Return      Nev er th e less ,   in   s tep - 3   o f   A l g o r ith m - t h e   v al u o f     u tili ze d   o n l y   o n ce   an d   s elec b et w e en   t w o   v alu e s ; t h m u ltip lica n d   v al u e     o r   th ze r o   v alu e.   T h f i n al  s u b tr ac tio n   i n   A l g o r ith m - 3   is   s o u r ce   o f   lea k a g e   an d   h ar d w ar co n s u m p tio n .   I n   o r d er   to   r em o v th e x tr s u b tr ac tio n   an d   h a v u n i f o r m   in p u an d   o u tp u r a n g e,   W alter   [ 1 0 ]   p r o p o s ed   alter in g   th r an g o f   , ,   to   b w it h i n   [ 0 ,   2 ) ,   in cr ea s in g   t h n u m b er   o f   it er atio n s   f r o m     to   + 2 ,   an d   s etti n g   t h v alu o f     to   2 + 2      [ 1 5 ,   1 6 ] .   I n   A lg o r it h m - 4   to   d ec r ea s th lea k ag e   an d   in cr ea s t h ef f icie n c y   th e r is   n o   s u b tr ac tio n   o p er atio n   a ls o ,   an d   th o u tp u is   + 1    .   T h p r ec o n d itio n   in   [ 1 0 ]   o f   in p u o p er an d s     a n d     is     2   a n d     2 ,   w h ich   ca n   s tr ictl y   d eg r ad p er f o r m an ce   [ 1 7 18] B y   co n tr a s t,  th n e w   m o d i f ica tio n   in   t h is   w o r k   p r ese n ted   b y   A l g o r ith m - 4   r etai n i n g   t h r an g o f   o p er an d s   an d   m o d u l u s   w i th i n   [ 0 , ) ,   th at  h a s   b ee n   en h a n ce d   th p er f o r m a n ce   o f   t h p r o p o s ed   d esig n   th a n   t h e   o th er   r elate d   w o r k s .   Fu r t h er m o r e,   th v al u e   o f     an d   iter atio n s   in   th p r o p o s ed   A lg o r it h m - 4   is   s ti ll  2   an d   , r esp ec tiv el y .   T h er ef o r e,   th ese  m o d if icatio n s   i m p r o v th p er f o r m a n ce   o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m .   Fu r t h er m o r e,   t h h ar d w ar e   r eso u r ce s   an d   i n ter co n n ec ts   r e q u ir ed   w ill b les s ,   an d   th u s   t h ar ea   co n s u m ed   is   also   h a s   b een   r ed u ce d         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A   co mp a ct  F P GA - b a s ed   mo n tg o mery  mo d u la r   mu ltip lier   ( A h med   A .   H.   A b d - E lka d er )   739   3 . 2 .     P r o po s ed  des ig n o f   r a dix - 2   MMM     T h h ar d w ar cir cu it  f o r   A lg o r ith m - 4   i s   r ev ea led   i n   Fig u r e   1.   T h p r o p o s ed   d esig n   u til izes   co u n ter   in s tead   o f   u s i n g   lo o p   to   o b tain   r ed u ce d   ar ea ,   it  n ee d s   o n C lo ck   f o r   ea ch   iter atio n ,   th clo ck   in cr ea s es  th e   co u n ter   b y   o n e.   T h co u n ter   c o u n t s     iter atio n s .   D u to   th r eg is ter s   u s ed   to   s y n c h r o n ize  i m p le m en ted   v al u e s ;   th er is   d elay   o f   o n e   m o r e   clo ck ,   th er ef o r e,   th co u n ter   co u n t s   f r o m   0   to   .   T h co u n ter   is   p ar o f   co n tr o u n i r esp o n s ib le  f o r   s ca n n i n g   th m u lt ip lier     f r o m   L SB   to   MSB   an d   g et  o u o n b it  f o r   iter atio n   ( ) .   T h p r o p o s ed   d esig n   is   co m p o s ed   o f   o n e   + 1   b it  A d d er ,   o n + 2   b it  A d d er ,   an d   t w o   Mu ltip le x er s .   I n itiall y   r eg is ter     i s   lo ad ed   w ith   ze r o .   T h co r r esp o n d in g   b it    s elec ts   b et w ee n   t w o   v alu e s t h m u l ti p lican d     if   it  i s   1   o r   ze r o      o th er w is e.   T h o u t p u t o f   th f ir s t M u lt ip lex er   is   d en o ted   b y   γ .     T h f ir s A d d er   ex ec u tes ad d it io n   o f   m o d u l u s     a n d   γ ,   th o u tp u t i s   lo ad ed   to   an   in p u t o f   t h s ec o n d   Mu ltip le x er ,   th o th er   i n p u i s   γ .   I n   s tep - 4   o f   A lg o r it h m - 4 ,   t h in p u ts   o f   th XO R   g ate  ar th b it  o f   th o r d er   o n e   o f   th r eg i s ter   α   ( α )   an d   th L SB   o f   th r eg is ter   γ   ( γ 0 ) Α   is   u tili z ed   in s tead   o f   0   to   r ed u ce   th cr i tical  p ath   d ela y .   T h o u tp u o f   t h XOR  g a te  is   t h s elec to r   o f   t h s ec o n d   Mu ltip le x er   to   d ef in e   ev en   o u tp u ( Ȥ )   o f   th e   Mu ltip lex er .   Step - 4   d ef in es  th p u r p o s o f   XO R   g ate   an d   th s ec o n d   Mu ltip lex er .   A cc o r d in g   to   th e   co n d itio n   th at  m o d u l u s     m u s b o d d ( o d d   in teg er   +   )   i s   an   ev e n   in teg er .   I f   γ   is   o d d   it  co n v er ted   to   ev en   b y   ad d i n g   m o d u l u s     to   it,  s t ep - 4 .   T h s ec o n d   A d d er   ex ec u tes ad d itio n   o f   ac c u m u la to r     an d   Ȥ ,   th o u tp u t i s   lo ad ed   t o   v ar iab le   α .   T h v alu o f   α   is   s h i f ted   r ig h o n b it,  d iv id ed   b y   2 ,   an d   lo a d ed   to   th r eg is ter   o f   th e   ac cu m u lated   v al u .   T h o s p r o ce d u r es  ar r eiter ated   f o r   ea ch   clo ck .   T h u s ,   t h g i v e n   ar c h itect u r ta k es  +1   clo ck   c y cle  to   m a k o u th ca lcu latio n   p r o ce s s ,   s u b s eq u en tl y ,   th v al u o f   r eg is ter     is   lo ad ed   to   th o u tp u .   T h o u tp u t   ,   + 1    , is   th r ed u c tio n   p r o d u ct  o f   t h t w o   in p u i n te g er s   m u ltip lied   b y   2 .   T h s ize  o f   t h e   h ar d w ar co m p o n e n ts   d ep en d s   o n   th s ize  o f   th o p er an d s   an d   th m o d u l u s   f o r   th m u lt ip lic atio n   p r o ce s s T h is   d esig n   ca n   b ea s il y   s ca led   ac co r d in g   to   r eq u ir e m e n t f o r   an y   n u m b er   o f   b its .           Fig u r 1 .   P r o p o s ed   m o d u lar   m u ltip lier   cir cu i t       3 . 3   B o un ds   o n t he  I /O   Ou tp u ts   f r o m   m u ltip licat io n s   ar r e - u s ed   as  i n p u t s   t h r o u g h o u t h cr y p to g r ap h ic  s y s te m s .   So ,   it ' s   i m p o r tan to   k ee p   th o s n u m b er s   b o u n d .   I n   p ar ticu lar ,   f o r   all  o u tp u ts     w w i ll  s h o w   t h at    2   is   m ai n tai n ab le.   T h f o u r   v ar iab les  in   t h A lg o r it h m - 4   ar e   γ ,   Ȥ ,   α ,   an d   ,   th b o u n d ed   b it - le n g th   o f   it  ar , + 1 , + 2 ,   an d   + 1 ,   r esp ec tiv el y ,   Fi g u r 1 .   T h m a x i m u m   v al u o f   m o d u l u s     is :     = 2 1   ( 1 3 )     T h p r ec o n d itio n   o f   MM M   is   < ,   th u s ,   t h m a x i m u m   v al u o f   v ar iab le  γ   is   t h m ax i m u m   v al u o f   th m u lt ip lican d   :     γ = = 2 2   ( 1 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 3 5   -   7 4 3   740   T h v alu o f   v ar iab le  Ȥ   is :     Ȥ = γ +   ( 1 5 )     T h m a x i m u m   v al u o f   v ar iab le  α   is :     α = Ȥ + 1   ( 1 6 )     w h er e,     is   th iter at io n   n u m b er .   T h v alu o f   th ac c u m u late d   v ar iab le     is :     = 2   ( 1 7 )     A fter   th la s t iter atio n   =   ,   an d   th v alu o f   th o u tp u   i s     =   ( 1 8 )     T h v er if icatio n   t h at  t h o u tp u an d   o th er   v ar iab les f o r   = 8   ar b elo w   t h s ize  o f   t h eir   i m p le m e n ted   h ar d w ar v ar iab le s   s h o w n   i n   T ab le   1 .   T h ce ilin g   f u n ctio n   m ap s   / 2   to   th least  in te g er   g r ea ter   th a n   o r   eq u al   to   / 2 .   I n   g en er al,   th m ax i m u m   v alu es  o f   t h Alg o r it h m - 4   v ar ia b les  ar as  f o llo w s   f o r   an y     ( , , ):     γ   =   2 2   ( 1 9 )     Ȥ =   γ   + = 2 + 1 3   ( 2 0 )     = Ȥ + 1 = 2 + 2 2 ( 2 ) 5   ( 2 1 )     = 2 = 2 + 1 2 ( 1 ) 2   ( 2 2 )     T h m a x i m u m   v al u o f   t h o u tp u   i s :     = = 2 + 1 4 T h er ef o r e,   th b it - len g t h   o f   t h o u tp u   is   b o u n d ed   o n   + 1   b its .       T ab le  1 .   B o u n d s   o n   th o u tp u t   o f   th p r o p o s ed   d esig n       1   < 2 + 1   γ   < 2   Ȥ =   γ   +   < 2 + 1   = Ȥ + 1   < 2 + 2   =   / 2   < 2 + 1   1   0   2 2   2 + 1 3   2 + 1 3   2 1   2     2 1   2 2   2 + 1 3   2 + 2 2 4   2 + 1 2 1 2   3   2 + 1 2 1 2   2 2   2 + 1 3   2 + 2 2 1 5   2 + 1 2 2 2   4   2 + 1 2 2 2   2 2   2 + 1 3   2 + 2 2 2 5   2 + 1 2 3 2   5   2 + 1 2 3 2   2 2   2 + 1 3   2 + 2 2 3 5   2 + 1 2 4 2   6   2 + 1 2 4 2   2 2   2 + 1 3   2 + 2 2 4 5   2 + 1 2 5 2   7   2 + 1 2 5 2   2 2   2 + 1 3   2 + 2 2 5 5   2 + 1 2 6 2   8   2 + 1 2 6 2   2 2   2 + 1 3   2 + 2 2 6 5   2 + 1 2 7 2       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h h ar d w ar ar ch itec tu r es f o r   MM M,   ex i s tin g   a n d   p r o p o s ed   m et h o d ,   h as  b ee n   p r ese n ted   i n   Sectio n s   2   an d   3 ,   r esp ec tiv el y .   T h is   ar c h itect u r o f   th p r o p o s ed   d esig n   h as  b ee n   i m p le m e n ted   i n   V HDL .   T h i s   w o r k   h a s   b ee n   s i m u lated   a n d   s y n t h esize d   u s in g   Mo d elSi m   an d   Xili n x   I SE  to o ls   r esp ec tiv el y ,   w h er th tar g et  d e v ice  i s   u s ed   Vir te x - 6   d ev ice  X C 6 V L X7 6 0 - 2 FF 1 7 6 0   FP GA .       4 . 1 .     Si m ula t io n o f   t he  pro po s ed  a lg o rit h m   T h s i m u latio n   a n d   v er i f icati o n   o f   t h d es ig n   i s   ca r r ied   o u u s i n g   Mo d elSi m ,   Fi g u r 2 .   As  a n   ex a m p le , = 8 ,   = 165 , = 231 ,   an d   th m o d u l u s   = 245 .   A s   e x p ec ted ,   th f i n al  r esu lt  is   = 280 , w h er e,   =   ×     ×   2      = 165 231 2 8      245 = 280 .   T h r esu lt  is   + 1   b its   as   a   co n s eq u e n ce   o f   er ad icatin g   t h f in a l su b tr ac tio n   s tep .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A   co mp a ct  F P GA - b a s ed   mo n tg o mery  mo d u la r   mu ltip lier   ( A h med   A .   H.   A b d - E lka d er )   741       Fig u r e   2 .   Si m u latio n   o f   th p r o p o s ed   MM M       4 . 2 .     I m ple m e nta t io n a nd   co m pa r is o n   I n   th i s   s ec tio n ,   co m p ar is o n   o f   s tate  o f   t h ar  ( )   h ar d w ar Mo n tg o m er y   Mo d u lar   M u ltip licat io n   is   p r esen ted .   T ab le  2   s h o w s   th at,   th p er f o r m an ce   an al y s is   o f   o u r   w o r k   w i th   e x i s ti n g   d esi g n s .   T h m etr ic s   u s ed   to   ev a lu ate  th p r o p o s ed   h ar d w ar d esig n s   f o r   v ar io u s   b it - l en g t h   ar ar ea   in   Sli ce   L UT s ,   f r eq u en c y   i n   MH z,   ti m i n    ,   th r o u g h p u i n   Mb p s ,   A r ea - T im e   p er   b it - le n g t h   ( A T /b ) ,   an d   ef f icien c y   ( Mb p s   p er   FP GA   L UT ) .   E f f icien c y   m e tr ic  h as  b ee n   u s ed   in   p r ev io u s   w o r k s   to   ev alu ate  th ar ea   r eso u r ce s   u s e d   an d   p er f o r m an ce   ac h iev ed   i n   cr y p to g r ap h ic  h ar d w ar ar ch itect u r es  [ 1 9 ] .   K.   J av ee d   [ 1 4 ]   p r esen t ed   r ad ix - 2   i m p le m e n tatio n   o f   t h M MM   an d   I MM   al g o r ith m s   o n   FP GA .   T h e   o u tco m es  in d icate   t h at  t h r ad ix - 2   MM d esi g n   i s   m o r p r o f icien in   ter m s   o f   ca lc u latio n   ti m e,   FP G A   s l ice  ar ea   an d   th r o u g h p u as  co m p ar ed   to   th r a d ix - 2   I MM   d esig n .   T h s y n t h esi s   r esu lt s   o f   i m p l e m en tatio n   o f   MM M   ar s h o w n   i n   T ab le  2 .   [ 1 4 ]   o f f er s   lo w   co m p u ta tio n   t i m e   an d   r ea s o n ab le   th r o u g h p u t,  b u at  th co s o f   h i g h er   ar ea .   Ou r   p r o p o s ed   d esig n   h as   an   ad v an ce   o n   all  asp ec ts   o v e r   th co m p ar ati v o n e.   Ou r   w o r k   h as  ac h iev ed   a n   i m p r o v e m en t   in   e f f icie n c y   b y   6 1 %,  w h ile  co n s u m i n g   o n l y   a b o u 4 0   o f   t h to tal  s lice - L UT s   w h en   co m p ar ed   w it h   [ 1 4 ] .   S .   Gh o s h   [ 2 0 ]   p r e s en t e d   a   m o d i f ic a t i o n   o f   a n   i n t e r l ea v e d   m u l t i p l ie r   u s in g   M o n tg o m e r y   l a d d e r   a n d   th e   h ig h - s p e e d   a d d e r   c i r cu it s .   T h e   d e s ig n   o f   [ 2 0 ]   o f f e r s   h ig h e r   f r eq u en cy   an d   th r o u g h p u t   f o r   2 5 6   a n d   2 2 4   b i t - l en g th .   I n   c o n t r as t ,   th is   w o r k   c o n s u m es  m u ch   h ig h e r   a r e a ,   a   h i g h e r   A T / b   r e q u i r em en t ,   an d   l o w e r   e f f i c ie n cy .   A   c o m p a r is o n   o f   th e   t w o   w o r k s   r ev e a ls   th at   o u r   p r o p o s e d   a lg o r i th m   h a s   a ch ie v e d   an   a d v an c e   in   ef f i ci en cy   b y   an   a v e r ag e   5 . 2 5   t im e s   t h e   ef f i c ie n cy   o f   [ 2 0 ] ,   w h e r e as   a ls o   c o n s u m in g   o n ly   a r o u n d   1 9 %   o f   th e   t o t al   s l i c e - L UT s .   B ased   o n   in ter leav ed   m u ltip lic atio n   alg o r it h m ;   K.   J av ee d   [ 2 1 ]   p r esen ted   m o d if ied   v er s io n   o f   r ad ix - 4   an d   r ad ix - 8   B o o th   en co d ed   m o d u lar   m u ltip lier s   o v er   g e n er al   ( ) .   B ec au s o f   th u tili za ti o n   o f   h i g h er   r ad ix   ap p r o ac h th d esig n   h a s   lo w er   clo ck -   c y cle s ,   an d   h ig h er   th r o u g h p u f o r   2 2 4   an d   2 5 6   b it - len g th .   O n   th e   o th er   h an d ,   th i s   ap p r o ac h   u tili ze d   m u ch   h ar d w ar r eso u r ce s ,   h ig h er   A T /b   r eq u ir em e n t,  an d   lo w er   ef f icie n c y .   Ou r   p r o p o s ed   alg o r ith m   h as  p er f o r m ed   an   i m p r o v e m e n i n   e f f icien c y   by   ar o u n d   s e v en - ti m es  th e f f icien c y   o f   [ 2 1 ] ,   f u r th er m o r e,   co n s u m in g   less   t h an   1 3 % o f   t h to tal  s lice - L UT s .   T h p r ev io u s   w o r k s   in tr o d u ce d   th ter m   No r m alize d - L UT ”  to   s tan d   f o r   DSP   co s in   th m ea s u r o f   L UT   [ 1 1 ,   2 2 ,   2 3 ] .   Yan   [ 2 4 ]   p r esen te d   an   I m p le m e n tatio n   o f   h y b r id   2 5 6 - b it  Mo n tg o m er y   m o d u lar   m u ltip lier   o v er   GF  ( p )   o n   FP GA s ,   w h ich   u tili ze s   Kar ats u b an d   Kn u t h   m u ltip licatio n   alg o r it h m s   i n   v ar io u s   s ta g es .   T h i s   w o r k   p r o v id ed   h ig h er   f r eq u e n c y   a n d   h i g h er   th r o u g h p u o v er   o u r   p r o p o s ed   w o r k .   B y   c o n tr ast,  th co s o f   u tili zi n g   t h h ar d w ar r eso u r c u tili za tio n   w a s   v er y   h i g h ,   a n d   th ef f ic ien c y   i s   v er y   lo w .   O u r   w o r k   h as  atta in ed   an   e n h a n ce m en i n   e f f ic ien c y   b y   1 0 . 5   ti m es   th e   ef f ic ien c y   o f   [ 2 4 ] ,   w h ile  co n s u m i n g   o n l y   1 . 0 o f   th to tal   s lice - L UT s .   B ased   o n   an   in ter leav ed   m u lt ip licatio n   alg o r it h m   a n d   Mo n tg o m er y   p o w er   lad d er in g ,   J av ee d   [ 2 5 ]   p r esen ted   an   i m p le m e n tat io n   o f   r ad ix - 4   m o d u lar   m u lt ip li er s.   T h is   w o r k   h as  d e v elo p m e n i n   f r eq u e n c y ,   th r o u g h p u o v er   th p r ev io u s   w o r k   i n   [ 2 1 ]   b y   t w ice.   Ne v er t h eles s ,   o u r   p r o p o s ed   alg o r ith m   h a s   an   ad v an ce d   ef f icien c y   o v er   al g o r ith m   i [ 2 5 ]   b y   f o u r -   ti m es,  w h ile  co n s u m i n g   o n l y   1 2 %   o f   t h to tal  s li ce - L UT s .     L i u   [ 1 1 ]   p r o p o s e d   a   d e s i g n   o f   2 5 8 - b i t   m u l t i p l i e r   b a s e d   o n   K O - 3   a l g o r i t h m   c o n s t r u e d   f r o m   K a r a t s u b a   a l g o r i t h m .   T h i s   s t u d y   h a s   a   p e r f e c t i o n   i n   t i m e ,   a n d   t h r o u g h p u t   o v e r   t h e   p r o p o s e d   d e s i g n ,   b u t   a t   t h e   c o s t   o f   t h e   m u c h   h i g h e r   a r e a ,   t h u s   h a v i n g   a   h i g h e r   A T / b   r e q u i r e m e n t   a n d   l o w e r   e f f i c i e n c y .   O u r   w o r k   h a s   a t t a i n e d   a n   a d v a n c e   i n   e f f i c i e n c y   b y   2 . 7   t i m e s   t h e   e f f i c i e n c y   o f   [ 1 1 ] ,   w h i l e   c o n s u m i n g   o n l y   0 . 3 3 %   o f   t h e   t o t a l   s l i c e - L U T s .   J .   Din g   [ 2 2 ]   in tr o d u ce d   B r o k e n - Kar ats u b m u ltip licatio n   w i th   th n o n - lea s t - p o s itiv f o r m .   B ased   o n   th m o d i f ied   m o d u lar   m u ltip li ca tio n   alg o r it h m ,   2 5 6 - b it  t w o - s ta g m o d u lar   m u ltip lier   w a s   b u ilt.  T h is   w o r k   ac co m p li s h es  th co m p u tatio n   o f   2 5 6 - b it  MM in   j u s 9   cy cles;  th u s ,   it  h as  p er f ec d ela y   ti m e,   an d   h ig h   th r o u g h p u t.  O n   t h o th er   h an d ,   th co s o f   t h ar ea   is   m u c h   h ig h er ,   t h u s   h a v in g   h i g h er   A T /b   r eq u ir e m en an d   lo w er   ef f icie n c y .   Ou r   w o r k   h a s   attain ed   a n   i m p r o v e m e n t   i n   e f f icien c y   b y   1 . 8   ti m e s   t h ef f ic ien c y   o f   [ 2 2 ] ,   w h ile   co n s u m i n g   o n l y   1 . 8 % o f   th t o tal  s lice - L UT s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 3 5   -   7 4 3   742   J .   Din g   [ 2 6 ]   im p le m e n ted   Mo n tg o m er y   m o d u lar   m u ltip licat io n   an d   u tili ze d   m o d u lar   m u ltip licatio n   ap p r o ac h   b ased   o n   n o n - lea s p o s itiv e   f o r m   ( NL P )   co m b in i n g   Kar atsu b an d   s ch o o lb o o k   m u ltip licatio n ,   w h ic h   s av e s   2   b ase  m u ltip licati o n s   co m p ar ed   to   Kar atsu b a - o n l y   d esi g n s .   T h is   w o r k   p er f o r m s   2 5 6 - b it  M MM   co m p u tatio n   in   j u s 1 6   cy cles;   h en ce ,   it  h as  r ea s o n ab le  d el a y   ti m an d   h ig h   th r o u g h p u t.  B y   co n tr ast,  th is   w o r k   co n s u m es  m u c h   h i g h er   ar ea ,   h ig h er   r eq u ir e m en f o r   A T   b   an d   less   ef f icie n c y .   co m p ar is o n   o f   t h e   t w o   w o r k s   s h o w s   t h at  o u r   p r o p o s ed   alg o r ith m   h a s   ac h iev e d   an   a v er ag e f f icie n c y   ad v a n ce   o f   1 . 1   ti m e s   t h e   ef f icien c y   o f   3 - w a y   tec h n iq u in   [ 2 6 ] ,   w h er ea s   o n l y   ab o u t 3 . 4 % o f   th to tal  s l ice - L UT s   ar co n s u m ed .       T ab le  2 .   C o m p ar is o n   o f   m o d u lar   m u l tip licatio n   i m p le m en tat io n s   on   FP G A       5.   CO NCLU SI O N     T h is   p ap er   in tr o d u ce s   m o d u lar   m u ltip lier   w i th   n o v el  al g o r ith m   a n d   co m p ac ar ch itec tu r b ased   o n   th MM alg o r ith m   w it h o u t   an y   s u b tr ac tio n   o r   m u ltip lic atio n   p r o ce d u r es.  T h m o ti v ati o n   b eh in d   th i s   w o r k ,   is   to   p r esen d esi g n   o f   lo w er   ar ea   an d   h ig h er   e f f icie n c y   t h an   t h r ele v an d es ig n s   o f   M MM .   T h is   w o r k   h as   b ee n   i m p le m en ted   o n   Xili n x   Vir tex - 6   FP GA   p lat f o r m ,   an d   v er if ied   b y   Mo d elsi m   s i m u lato r .   T h e   i m p le m en ta tio n s   o f   v ar io u s   b it   len g t h s   h a v b ee n   ev al u ated   in   ter m s   o f   ar ea ,   f r eq u en c y ,   th r o u g h p u t,  A T /b ,   a nd  ef f icien c y .   T h p r o p o s ed   m u l tip lier   p er f o r m s   2 5 6 - b it  an d   1 0 2 4 - b it  m o d u lar   m u ltip licat io n   in   1 . 6 4   µs  an d   1 9 . 9 2   µs,  o cc u p ies  6 1 4   L UT s   an d   2 4 0 8   L UT s ,   an d   r u n s   at  1 5 6   MH an d   5 1   MH z,   r esp ec ti v el y .   W ca n   i n f e r   f r o m   th s y n th e s ized   r esu lt s   th at  th p r o p o s e d   m u ltip lier   c o n s u m e s   th lo w e s ar ea   as  c o m p ar ed   w it h   o th er   m u ltip lier s .   C o n s eq u en tl y ,   th d ev elo p ed   ar ch itectu r h as  co m p eten ar ea - ti m a n d   e n h a n ce d   e f f ic ien c y .   T h u s ,   th d ev elo p ed   ar ch itectu r is   v er y   ad eq u ate  to   b ap p lied   f o r   ef f icie n lig h t w ei g h as y m m etr i c   cr y p to s y s te m s .         RE F E R E NC E S   [1 ]   H.  De lf a n d   H.  Kn e b l,   " In tr o d u c ti o n   to   Cry p to g ra p h y   P rin c i p l e a n d   A p p li c a ti o n s " ,   T h ir d .   Ber li n ,   He id e l b e rg S p rin g e Be rli n   He id e lb e rg ,   2 0 1 5 .     [2 ]   W .   S talli n g s,  " Cr y p to g ra p h y   a n d   Ne tw o rk   S e c u rit y   P rin c i p les   a n d   P ra c ti c e ,   S ix ",   Ne J e r se y Pea r so n   Ed u c a ti o n 2 0 1 4 .     [3 ]   P .   L .   M o n tg o m e r y ,   M o d u lar  M u l ti p li c a ti o n   W it h o u T rial  Div isio n ,   M a th .   C o mp u t. ,   v o l.   4 4 ,   n o .   1 7 0 ,   p .   5 1 9 ,   1 9 8 5 ,   d o i:   1 0 . 2 3 0 7 /2 0 0 7 9 7 0 .     [4 ]   A .   P a rih a a n d   S .   Na k h a te ,   F a st  M o n tg o m e r y   m o d u lar  m u lt ip li e f o Riv e st - S h a m ir - A d le m a n   c r y p to sy ste m ,   IET   In f.   S e c u r. ,   v o l .   1 3 ,   n o .   3 ,   p p .   2 3 1 - 2 3 8 ,   2 0 1 9 ,   d o i:   1 0 . 1 0 4 9 / iet - if s.2 0 1 8 . 5 1 9 1 .     D e si g n     Bit -   l e n g t h   F r e q u e n c y   ( M H z )   S l i c e   L U T s   D S P   N o r mal i z e d   L U T   T i me   ( μs)   T h r o u g h p u t   ( M b p s)   A T / b   Ef f i c i e n c y   ( M b p s/ L U T )   [ 1 4 ]   1 6 0   2 0 7   9 5 8   0   9 5 8   0 . 7 8   2 0 5 . 1 3   4 . 6 7   0 . 2 1 4   1 9 2   1 8 6   1 1 5 0   0   1 1 5 0   1 . 0 4   1 8 4 . 6 2   6 . 2 3   0 . 1 6 1   2 2 4   1 6 9   1 3 4 2   0   1 3 4 2   1 . 3 4   1 6 7 . 1 6   8 . 0 3   0 . 1 2 5   2 5 6   1 5 4   1 5 3 4   0   1 5 3 4   1 . 6 8   1 5 2 . 3 8   1 0 . 0 7   0 . 0 9 9   3 8 4   1 1 5   2 3 0 2   0   2 3 0 2   3 . 3 6   1 1 4 . 2 9   2 0 . 1 4   0 . 0 5 0   5 1 2   9 2 . 5   3 0 7 0   0   3 0 7 0   5 . 5 6   9 2 . 0 9   3 3 . 3 4   0 . 0 3 0   1 0 2 4   51   6 1 4 2   0   6 1 4 2   2 0 . 1 0   5 0 . 9 5   1 2 0 . 5 6   0 . 0 0 8   [ 2 0 ]   1 6 0   1 9 1   2 0 0 2   0   2 0 0 2   0 . 8 4   1 9 0 . 4 8   1 0 . 5 1   0 . 0 9 5   1 9 2   1 8 4 . 6   2 4 0 1   0   2 4 0 1   1 . 0 4   1 8 4 . 6 2   1 3 . 0 1   0 . 0 7 7   2 2 4   1 7 9 . 1   2 7 8 7   0   2 7 8 7   1 . 2 5   1 7 9 . 2 0   1 5 . 5 5   0 . 0 6 4   2 5 6   1 7 4   3 2 0 7   0   3 2 0 7   1 . 4 8   1 7 2 . 9 7   1 8 . 5 4   0 . 0 5 4   [ 2 1 ]   1 6 0   9 1 . 6   2 9 1 1   0   2 9 1 1   0 . 8 8   1 8 1 . 8 2   1 6 . 0 1   0 . 0 6 2   1 9 2   89   3 5 1 1   0   3 5 1 1   1 . 0 8   1 7 7 . 7 8   1 9 . 7 5   0 . 0 5 1   2 2 4   8 7 . 3   4 0 5 3   0   4 0 5 3   1 . 2 9   1 7 3 . 6 4   2 3 . 3 4   0 . 0 4 3   2 5 6   8 5 . 5   4 6 0 6   0   4 6 0 6   1 . 5 0   1 7 0 . 6 7   2 6 . 9 9   0 . 0 3 7   [ 2 4 ]   2 5 6   2 0 6   1 6 9 0 0   1 0 8   8 1 3 7 6   0 . 1 3   1 9 5 4 . 2 0   4 1 . 6 5   0 . 0 2 4   [ 2 5 ]   2 5 6   1 6 6   5 3 0 0   0   5 3 0 0   0 . 7 7   3 3 2 . 4 7   1 5 . 9 4   0 . 0 6 3   [ 1 1 ]   2 5 6   68   1 8 7 9 0 0   0   1 8 7 9 0 0   0 . 0 1   1 7 4 1 4 . 9 7   1 0 . 7 9   0 . 0 9 3   [ 2 2 ]   2 5 6   1 6 1   4 7 0 0   48   3 3 3 5 6   0 . 0 6   4 5 7 9 . 5 6   7 . 2 8   0 . 1 3 7   [ 2 6 ]   2 5 6   2 5 6   3 5 0 0   24   1 7 8 2 8 . 0 0   0 . 0 6   4 0 9 6 . 0 0   4 . 3 5   0 . 2 3 0   Pro p os e d   d e si g n   1 6 0   2 1 0 . 8 2   3 7 9   0   3 7 9   0 . 7 6   2 0 9 . 5 1   1 . 8 1   0 . 5 5 3   1 9 2   1 8 9 . 1 3   4 5 1   0   4 5 1   1 . 0 2   1 8 8 . 1 5   2 . 4 0   0 . 4 1 7   2 2 4   1 7 1 . 4 9   5 2 5   0   5 2 5   1 . 3 1   1 7 0 . 7 3   3 . 0 8   0 . 3 2 5   2 5 6   1 5 6 . 8 6   6 1 4   0   6 1 4   1 . 6 4   1 5 6 . 2 4   3 . 9 3   0 . 2 5 4   3 8 4   1 1 6 . 9 4   9 1 4   0   9 1 4   3 . 2 9   1 1 6 . 6 4   7 . 8 4   0 . 1 2 8   5 1 2   9 3 . 2 2   1 2 1 1   0   1 2 1 1   5 . 5 0   9 3 . 0 4   1 3 . 0 2   0 . 0 7 7   1 0 2 4   5 1 . 4 6   2 4 0 8   0   2 4 0 8   1 9 . 9 2   5 1 . 4 1   4 6 . 8 4   0 . 0 2 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       A   co mp a ct  F P GA - b a s ed   mo n tg o mery  mo d u la r   mu ltip lier   ( A h med   A .   H.   A b d - E lka d er )   743   [5 ]   E.   Oz c a n   a n d   S .   S .   Er d e m ,   A   Hig h   P e rf o rm a n c e   F u ll - W o rd   Ba rre tt   M u lt i p li e De sig n e d   f o F P GA w it h   DS P   Re so u rc e s,”   in   Dig it a Circ u i ts  a n d   S u b - S y ste ms   II ,   v o l.   2 ,   n o .   3 ,   p p .   7 3 - 76 ,   2 0 1 9 .   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /p rim e . 2 0 1 9 . 8 7 8 7 7 4 0 .     [6 ]   F .   G .   A b d u lk a d h im ,   Z.   Yi,   C.   T a n g ,   M .   Kh a li d ,   a n d   S .   A .   W a h e e b ,   A   su rv e y   o n   th e   a p p li c a ti o n s   o f   Io T A n   in v e stig a ti o n   i n to   e x i stin g   e n v iro n m e n ts,  p re se n c h a ll e n g e a n d   f u tu re   o p p o rt u n i ti e s,”   T EL KOM NIKA   ( T e lec o mm u n ica ti o n ,   Co mp u ti n g ,   El e c tro n ics   a n d   Co n tro l ) ,   v o l.   1 8 ,   n o .   3 ,   p p .   1 4 4 7 - 1 4 5 8 ,   2 0 2 0 ,   d o i:   1 0 . 1 2 9 2 8 /T EL KO M NIK A . v 1 8 i3 . 1 5 6 0 4 .     [7 ]   R.   Jy o th a n d   N.  G .   C h o ll i,   A n   e ff icie n a p p r o a c h   f o se c u re d   c o m m u n ica ti o n   i n   w irele ss   se n so n e t w o rk s,”   In t.   J .   El e c tr.  Co mp u t.   E n g . ,   v o l .   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   1 6 4 1 - 1 6 4 7 ,   2 0 2 0 ,   d o i:   1 0 . 1 1 5 9 1 /i jec e . v 1 0 i 2 .     [8 ]   M .   G u n t u ri,   H.  D.   Ko t h a ,   a n d   M .   S rin iv a sa   Re d d y ,   A n   o v e rv ie w   o f   in tern e t   o f   th i n g s,”   J .   A d v .   Res .   Dy n .   Co n tro l   S y st. ,   v o l.   1 0 ,   n o .   9 ,   p p .   6 5 9 - 6 6 5 ,   2 0 1 8 ,   d o i:   1 0 . 1 2 9 2 8 /t e lk o m n ik a . v 1 8 i 5 . 1 5 9 1 1 .     [9 ]   A .   Ka ri m   M o h a m e d   Ib ra h im ,   R.   A .   Ra sh id ,   A .   H.  F .   A .   Ha m id ,   M .   A d ib   S a rij a ri,   a n d   M .   A .   Ba h a ru d i n ,   L ig h tw e ig h Io T   m id d lew a re   f o ra p id   a p p li c a ti o n   d e v e lo p m e n t,   T E L KOM NIKA   ( T e lec o mm u n ica ti o n ,   Co m p u t in g ,   El e c tro n ics   a n d   Co n tro l ) ,   v o l.   1 7 ,   n o .   3 ,   p p .   1 3 8 5 - 1 3 9 2 ,   2 0 1 9 ,   d o i:   1 0 . 1 2 9 2 8 /T EL KO M NIK A . V 1 7 I3 . 1 1 7 9 3 .     [1 0 ]   C.   D.   W a lt e r,   M o n tg o m e r y   e x p o n e n t iatio n   n e e d n o   f in a s u b tra c ti o n s,”   El e c tro n .   L e tt . ,   v o l.   3 5 ,   n o .   2 1 ,   p p .   1 8 3 1 - 1 8 3 2 ,   1 9 9 9 ,   d o i:   1 0 . 1 0 4 9 /el:1 9 9 9 1 2 3 0 .     [1 1 ]   R.   L iu   a n d   S .   L i,   A   d e sig n   a n d   im p le m e n tatio n   o f   m o n tg o m e r y   m o d u lar  m u lt ip li e r,   in   Pro c e e d in g -   IEE E   In ter n a t io n a l   S y mp o siu m   o n   Circ u it a n d   S y ste ms ,   v o l.   2 0 1 9 - M a y ,   n o .   1 ,   p p .   1 - 4 ,   2 0 1 9 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /I S CA S . 2 0 1 9 . 8 7 0 2 6 8 4 .     [1 2 ]   B.   S c h n e ier,   A p p li e d   Cry p to g ra p h y ,   El e c tr.  En g . ,   v o l.   1 ,   n o .   3 2 ,   p p .   4 2 9 - 4 5 5 ,   1 9 9 6 ,   d o i:   1 0 . 1 . 1 . 9 9 . 2 8 3 8 .     [1 3 ]   K.  P ra ti b h a   a n d   R .   M u t h a iah ,   S u rv e y   o n   Ha rd wa re   I m p le m e n tatio n   o f   M o n tg o m e r y   M o d u lar,”  In t .   J .   Pu re   Ap p l.   M a th . ,   v o l.   1 1 9 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 3 4 3 7 - 1 3 4 5 2 ,   2 0 1 8 .     [1 4 ]   K.  Ja v e e d ,   D.  Irw in ,   a n d   X .   W a n g ,   De sig n   a n d   p e rf o rm a n c e   c o m p a riso n   o f   m o d u lar  m u lt ip li e rs  i m p le m e n ted   o n   F P GA   p latf o r m ,   L e c t.   No tes   Co mp u t.   S c i.   ( in c lu d in g   S u b se r.  L e c t.   No tes   Arti f .   In tell .   L e c t.   N o tes   Bi o in fo rm a t ics ) v o l.   1 0 0 3 9   L N CS ,   p p .   2 5 1 - 2 6 0 ,   2 0 1 6 ,   d o i:   1 0 . 1 0 0 7 /9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 4 8 6 7 1 - 0 _ 2 3 .     [1 5 ]   G .   S .   Y.  Ba e k ,   Un if o r m   M o n tg o m e r y   m u lt ip li e r,   J .   Cry p to g r.  E n g . ,   2 0 1 9 ,   d o i:   1 0 . 1 0 0 7 /s1 3 3 8 9 - 0 1 9 - 0 0 2 1 3 - 7.     [1 6 ]   M .   De S h ieh ,   J.  H.  C h e n ,   W .   C.   L in ,   a n d   H.  H.  W u ,   A   n e w   a l g o rit h m   f o h ig h - sp e e d   m o d u lar   m u lt ip li c a ti o n   d e sig n ,   IEE T ra n s.  Circ u it s S y st.  I   Reg u l.   Pa p . ,   v o l .   5 6 ,   n o .   9 ,   p p .   2 0 0 9 - 2 0 1 9 ,   2 0 0 9 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /T CS I. 2 0 0 8 . 2 0 1 1 5 8 5 .     [1 7 ]   Z.   L iu   a n d   J.  G ro ß sc h ä d l,   Ne w   sp e e d   re c o rd f o m o n tg o m e r y   m o d u lar  m u lt ip li c a ti o n   o n   8 - b it   A V m icro c o n tro ll e rs,”  Pro g .   Cry p to l o g y -- AF RICA CRY PT   2 0 1 4 ,   v o l .   8 4 6 9   L NCS,   p p .   2 1 5 - 2 3 4 ,   2 0 1 4 ,   d o i 1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 3 1 9 - 0 6 7 3 4 - 6 _ 1 4 .     [1 8 ]   G .   H a c h e z   a n d   J.  J.  Qu isq u a ter,   M o n tg o m e r y   e x p o n e n ti a ti o n   with   n o   f in a su b trac ti o n s:  Im p ro v e d   re su lt s,”   in   L e c tu re   No tes   in   Co mp u ter   S c ien c e   ( in c lu d in g   s u b se rie L e c tu re   No tes   in   Arti fi c ia I n telli g e n c e   a n d   L e c tu re   No tes   in   Bi o in fo rm a t ics ) ,   v o l.   1 9 6 5   L NCS,   p p .   2 9 3 - 3 0 1 ,   2 0 0 0 ,   d o i:   1 0 . 1 0 0 7 / 3 - 5 4 0 - 4 4 4 9 9 - 8 - 23.     [1 9 ]   L .   Ro d ríg u e z - F lo re s,  M .   M o ra les - S a n d o v a l,   R.   Cu m p li d o ,   C .   F e re g rin o - Urib e ,   a n d   I.   A lg re d o - Ba d i ll o ,   C o m p a c t   F P GA   h a rd w a re   a rc h it e c tu re   f o p u b li c   k e y   e n c r y p ti o n   i n   e m b e d d e d   d e v ice s,”   PL o S   O n e ,   v o l.   1 3 ,   n o .   1 ,   p p .   1 - 2 1 ,   2 0 1 8 ,   d o i:   1 0 . 1 3 7 1 / jo u rn a l. p o n e . 0 1 9 0 9 3 9 .     [2 0 ]   S .   G h o sh ,   D.  M u k h o p a d h y a y ,   a n d   D.  R.   Ch o w d h u ry ,   Hig h   S p e e d   F   p   M u lt i p li e rs  a n d   A d d e rs  o n   F P G A   P latf o rm ,   in   De sig n   a n d   Arc h it e c tu re s fo S ig n a a n d   Ima g e   Pro c e ss in g   ( DAS IP) ,   p p .   2 1 - 26 ,   2 0 1 0 .     [2 1 ]   K.  Ja v e e d   a n d   X .   W a n g ,   Ra d ix - 4   a n d   ra d ix - 8   b o o th   e n c o d e d   i n terle a v e d   m o d u lar  m u lt ip l iers   o v e g e n e ra F p ,   C o n f.   Dig .   -   2 4 t h   I n t.   C o n f .   F.   Pro g ra m.   L o g .   A p p l .   FP L   2 0 1 4 ,   2 0 1 4 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 / F P L . 2 0 1 4 . 6 9 2 7 4 5 2 .   [2 2 ]   J.  Din g   a n d   S .   L i,   Bro k e n - Ka ra tsu b a   m u lt ip l ica ti o n   a n d   i ts  a p p li c a ti o n   to   M o n tg o m e r y   m o d u lar  m u lt ip li c a ti o n ,   i n   2 0 1 7   2 7 th   In ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   Fi e ld   Pro g ra mm a b le L o g i c   a n d   A p p l ica ti o n s,   FP L   2 0 1 7 ,   p p .   5 - 8 ,   2 0 1 7 ,   d o i:   1 0 . 2 3 9 1 9 /F P L . 2 0 1 7 . 8 0 5 6 7 6 9 .   [2 3 ]   G .   C.   T .   Ch o w ,   K.  Eg u ro t,   W .   Lu k ,   a n d   P .   L e o n g ,   A   k a r a tsu b a - b a se d   m o n tg o m e r y   m u lt ip li e r,   Pro c .   -   2 0 1 0   I n t.   Co n f.   F.   Pr o g r a m.  L o g .   Ap p l.   FP L   2 0 1 0 ,   p p .   4 3 4 - 4 3 7 ,   2 0 1 0 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /F P L . 2 0 1 0 . 8 9 .   [2 4 ]   X .   Ya n ,   G .   W u ,   D.   W u ,   F .   Z h e n g ,   a n d   X .   X ie,   A n   im p le m e n tatio n   o f   m o n tg o m e r y   m o d u lar  m u lt ip li c a ti o n   o n   F P GA s,”   in   Pro c e e d in g s   -   2 0 1 3   I n ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   In f o rm a ti o n   S c ien c e   a n d   Cl o u d   Co m p u t i n g ,   IS CC  2 0 1 3 p p .   3 2 - 38 ,   2 0 1 4 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /I S CC.2 0 1 3 . 1 9 .     [2 5 ]   K.  Ja v e e d ,   X .   W a n g ,   a n d   M .   S c o tt ,   S e rial  a n d   p a ra ll e in terle a v e d   m o d u lar  m u lt ip li e rs  o n   F P G A   p latf o r m ,   2 5 th   In t .   Co n f.   F.   Pr o g r a m.  L o g .   Ap p l.   FP L   2 0 1 5 ,   p p .   2 - 5 ,   2 0 1 5 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /F P L . 2 0 1 5 . 7 2 9 3 9 8 6 .   [2 6 ]   J.  Din g   a n d   S .   L i,   A   lo w - late n c y   a n d   l ow - c o st  M o n tg o m e r y   m o d u lar  m u lt ip li e b a se d   o n   NL P   m u lt ip li c a ti o n ,   IEE E   T ra n s.  C irc u it s S y st.   II  Exp re ss   B rie fs ,   v o l.   6 7 ,   n o .   7 ,   p p .   1 3 1 9 - 1 3 2 3 ,   2 0 2 0 ,   d o i:   1 0 . 1 1 0 9 /T CS II. 2 0 1 9 . 2 9 3 2 3 2 8 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.