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随着信息时代的到来，信息安全问题日益突出，传统的信息安全系统已经不足以保证信息的安全性，全新可信计算正成为当前信息安全领域的一个新潮流和研究热点。可信计算环境主要是通过增强现有的PC终端体系结构的安全性来保证整个系统的安全。其主要思路是在PC机硬件平台上引入可信架构来提高终端系统的安全性。可信计算技术的核心是称为TPM(TrustedPlatformModule可信平台模块)的可信芯片。TPM实际上是一个含有密码运算部件和存储部件的系统级芯片。TPM的核心组成模块是各种密码算法，包括公钥加密算法RSA、椭圆曲线(ECC)协处理器、先进加密标准算法(AES)协处理器、随机数生成器、SHA—1、HMAC密码算法等。本文详细介绍了TPM的硬件结构和各个组成模块，并以FPGA设计方法学为基础，研究并实现了面向TPM应用的椭圆曲线(ECC)协处理器、随机数生成器、AES协处理器的FPGA设计，其中以ECC协处理器为研究和设计的重点。
椭圆曲线密码体制作为一种新兴的公开密钥密码体制，具有密钥短、实现速度快、安全性高等优点，有着良好的应用前景。论文首先研究了ECC的算法原理及其在TPM中的应用，为ECC协处理器的FPGA设计奠定了理论基础。为了能在FPGA上实现ECC算法，本文研究了一系列具体的相关算法，并依据面积优先，兼顾速度的原则，选取合适的算法进行实现。在设计过程中，严格遵循FPGA设计流程，按照层次化、模块化的思想，通过对每个层次和模块都进行仿真验证，来保证整体设计的正确性。在确保每个模块的设计正确后，完成了顶层设计，并进行了总体仿真，通过逻辑综合，布局、布线，完成时序后仿真。最后将生成的配置文件下载到芯片中进行测试。
本课题在多项式基表示的GF(2n)有限域上完成椭圆曲线加密算法。在ECC的设计中，在研究了ECC的优点、原理及其TPM中的应用的基础上，提出了ECC核心模块的硬件结构，并将该结构分成有限域运算层，椭圆曲线运算层和应用层，其中椭圆曲线运算层包括椭圆曲线加法器和点乘器。在有限域层，论文中设计一个集加法器、位串行乘法器、以及基于改进的近似求逆算法(MAIA)的乘逆器于一体的有限运算器，在椭圆曲线加法器的设计中，论文使用了FPGA的内存资源而不是LE单元来存储运算过程中的中间变量，节约了大量FPGA内部宝贵的LE资源。椭圆曲线点乘器采用二进制扫描算法进行实现。
论文根据TPM规范的要求，提出了一种可支持多种位宽的ECC协处理器的设计方案，并对ECC协处理器进行软件仿真与硬件测试。测试结果证明该设计的正确性，灵活性，该协处理器在AlteraCycloneEPIC6型FPGA上实现时，最高时钟频率可达62.15MHz，消耗了5864个逻辑单元。在GF(2^191)域上进行一次点乘运算的时间约为7.37ms。与公共文献的同类设计相比，具有占用资源小，速度快的优点，达到面积与速度的均衡，特别适合FPGA的实现方式。
本文还介绍了RNG和AES算法协处理器模块的FPGA设计。RNG采用LFSR与CASR相结合的方法，从而提高了RNG的性能。详细介绍了AES算法的原理与设计思路，并设计了一款支持128位、196位、256位比特密钥、支持数据加密和解密的AES协处理器。