Big Number 곱셈을 위한 RISC-V CPU 코어의 명령어 오버로딩

Abstract

본 논문은 공개키 암호 알고리즘 연산에서 핵심적인 연산인 Big Number 곱셈에 대해 설명하고 이를 RISC-V 명령어집합(ISA, Instruction Set Architecture) 기반 프로세서에서 ISA의 확장 없이 새로운 명령어를 추가할 수 있는 기법인 명령어 오버로딩(Instruction Overloading)을 적용하여 동작시킨 결과에 대해 기술한 논문이다. 본 논문의 주요 연구 내용은 첫째, RISC-V 프로세서에서 ISA의 확장 없이 새로운 명령어를 추가할 수 있는 기법인 명령어 오버로딩에 대해 정리한다. 둘째, 공개키 암호 알고리즘의 핵심 연산인 Big Number 곱셈을 분석하여 명령어 오버로딩을 적용한다. 셋째, 오버로딩된 명령어 연산기를 설계하여 적용된 프로세서와 일반 프로세서에서 동작한 결과를 분석한다. 본 논문에서 설계된 프로세서, SoC는 verilog HDL을 사용하여 구현되었으며 SoC의 경우 버스 인터페이스 및 메모리 맵 I/O 형식의 다양한 주변장치들까지 포함하여 구현되었다. Big Number 곱셈은 Openssl의 C 코드를 채택하였으며 RISC-V GNU Toolchain을 이용하여 크로스컴파일하였다. 구현된 RISC-V 명령어집합 기반 프로세서는 공개키 암호 연산을 위한 32 × 8 곱셈기 이외에도 다양한 연산기가 쉽게 추가/제거되는 것을 목표로 하기 때문에 관련 부분에 대해 적용이 용이한 구조로 설계되었다. SoC 역시 추가적인 주변장치에 대해 확장이 용이한 구조로 설계되었다. 또한, 해당 SoC의 일부는 재구성되어 ASIC 설계가 진행되었다.