El presente trabajo explora diferentes estrategias de diseño enfocadas en acelerar el cálculo de emparejamientos bilineales sobre curvas elípticas en el contexto de los sistemas empotrados. Como punto de partida se proponen tres soluciones software para procesadores ARM basadas en la optimización de operaciones en lenguaje ensamblador, el empleo de instrucciones vectoriales y la paralelización de operaciones mediante procesamiento doble núcleo. Seguidamente se presentan dos implementaciones basadas en diseño híbrido hardware/software que aprovechan la capacidad de procesamiento hardware para explotar en mayor medida el alto grado de paralelismo que exhiben las formulaciones algorítmicas involucradas en el cálculo de un emparejamiento. El desarrollo de estas variantes se ha enfocado además en la obtención de soluciones flexibles que admitan implementar varios tipos de emparejamientos sin que ello implique modificaciones a nivel de hardware. Así, la primera alternativa se basa en acelerar la operación crítica en tiempo que mayor incidencia tiene en el cálculo de un emparejamiento mediante su implementación en hardware, mientras que el resto de la pirámide de procesamiento permanece en software. Por su parte, la segunda variante extiende el aprovechamiento del hardware mediante el diseño de un criptoprocesador aritmético dotado de un conjunto de coprocesadores que aceleran el cálculo de varias operaciones básicas. Estos coprocesadores se integran en un bloque funcional encargado de establecer diferentes secuencias de operación. Cada secuencia determina una acción concreta que se codifica en forma de instrucción. De esta manera, la arquitectura hardware del criptoprocesador permite implementar cualquier funcionalidad que pueda ser descrita mediante su repertorio de instrucciones, el cual ha sido especialmente diseñado para calcular emparejamientos bilineales. Además, la arquitectura programable del criptoprocesador permite implementar diferentes tipos de emparejamientos, sobre diferentes tipos de curvas elípticas y para diferentes niveles de seguridad. Estos resultados encuentran utilidad práctica inmediata, pues están siendo introducidos en la versión 2 del sistema criptográfico ARCANO que se desarrolla en el Complejo de Investigaciones Tecnológicas Integradas (CITI) como parte del proyecto Llave Hardware.

Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Técnicas por la Universidad Tecnológica de la Habana José Antonio Echeverría (CUJAE), Facultad de Ingeniería Automática y Biomédica, Departamento de Automática y Computación.

Peer reviewed