一种基于FPGA的poseidon哈希算法的优化方法与流程

技术特征：
1.一种基于fpga的poseidon哈希算法的优化方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在fpga内对poseidon算法参数及流程优化和底层蒙哥马利模乘优化两方面进行优化；其中在poseidon哈希算法参数及流程优化中通过常量计算、矩阵计算、常量及矩阵选择和算法流程优化；在底层蒙哥马利模乘优化中将蒙哥马利算法输入值由标准值转化为蒙哥马利形式，并通过将模乘、幂模运算中计算开销大的除法运算转化为计算开销小的移位和乘法，提高计算效率。2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的poseidon哈希算法的优化方法，其特征在于，所述步骤中的常量计算采用的spn结构中，由于交换线性变换阶段和常量计算都是线性的，通过交换计算顺序，进行等价转换。3.根据权利要求1所述的一种基于fpga的poseidon哈希算法的优化方法，其特征在于，所述步骤中的矩阵计算中的交换线性变换阶段，计算与mds矩阵的乘积时，使用多线程及并行计算，提高矩阵运算效率。4.根据权利要求1所述的一种基于fpga的poseidon哈希算法的优化方法，其特征在于，所述步骤中的算法流程优化时，将poseidon哈希算法的输入定为11个256bit大整数，输出定为1个256bit大整数，进行实现和优化，算法流程如下：s1：将11个输入值扩充为12个256bit大整数；s2：在12个输入值加前12个常量；s3：进行4轮full s-box，每轮full s-box包含12个指数运算，12个加法运算，以及矩阵乘积，返回12个大整数；s4：进行57轮partial s-box，每轮partial s-box包含1个指数运算，1个加法运算，以及稀疏矩阵乘法，返回12个大整数；s5：进行3轮full s-box，每轮full s-box包含12个指数运算，12个加法运算，以及矩阵乘积，返回12个大整数；s6：进行最后一轮full s-box，包含12个指数运算，以及矩阵乘积，返回12个大整数；s7：输出第二个元素，为256bit大整数。5.根据权利要求1所述的一种基于fpga的poseidon哈希算法的优化方法，其特征在于，所述步骤中的蒙哥马利算法包括模乘、约减和幂模运算，其采用的蒙哥马利算法输入值转化为蒙哥马利形式后表示为x＝xrmodn，其中x为标准值，x为蒙哥马利表示法，r为蒙哥马利参数，mod为求余函数。

技术总结
本发明公开了一种基于FPGA的poseidon哈希算法的优化方法，所述方法包括如下步骤：在FPGA内对poseidon算法参数及流程优化和底层蒙哥马利模乘优化两方面进行优化；其中在poseidon哈希算法参数及流程优化中通过常量计算、矩阵计算、常量及矩阵选择和算法流程优化；在底层蒙哥马利模乘优化中将蒙哥马利算法输入值由标准值转化为蒙哥马利形式，并通过将模乘、幂模运算中计算开销大的除法运算转化为计算开销小的移位和乘法，提高计算效率。基于FPGA实现了poseidon哈希算法，并对参数、算法流程等进行了优化，提高了算法效率，在硬件设备的支持下，可应用于零知识证明、区块链、分布式存储计算等场景；基于FPGA实现了底层蒙哥马利算法，并进行了优化，提高了大整数运算效率。提高了大整数运算效率。提高了大整数运算效率。


技术研发人员：王伟
受保护的技术使用者：麦田云网（杭州）信息技术有限公司
技术研发日：2022.04.19
技术公布日：2022/7/12