ЭЛЕКТРОНДЫҚ ЦИФРЛЫҚ ҚОЛТАҢБАҒА АРНАЛҒАН КРИПТОГРАФИЯЛЫҚ КОНТРОЛЛЕРДІ ӘЗІРЛЕУДІҢ ФОРМАЛДАНДЫРЫЛҒАН БАҒДАРЫ АППАРАТТЫҚ ППВМ ВЕРИФИКАЦИЯСЫМЕН

Бұл мақалада электрондық цифрлық қолтаңбаларды аппараттық іске асыруға арналған мамандандырылған криптографиялық контроллер үшін формалдандырылған әзірлеу ағыны ұсынылады және эксперименттік түрде тексеріледі. Ұсынылған бағдар криптографиялық контроллерді әзірлеудің толық циклін қамтиды және архитектуралық синтезді, RTL іске асыруды, ППВМ (Пайдаланушы Программалайтын Вентильді Матрица) верификацияны және MPW ағынында физикалық іске асыруды біріктіреді. Контроллер архитектурасы модульдік принципті қолдану арқылы әзірленген, мұнда жүйе жеке модульдер ретінде әзірленген және верификацияланған функционалдық тәуелсіз аппараттық блоктар жиынтығымен ұсынылған. Әрбір модуль ППВМ түптүрлілеу кезінде RTL іске асырудан, бағдарламалық интерфейсті қалыптастырудан және аппараттық верификациядан өтеді. Бұл әзірлеудің басында функционалдық және интерфейс қателерін анықтауға мүмкіндік береді. Маңызды модульдер RTL-GDS ағынында қосымша DRC және LVS физикалық жобалау верификацияларынан өтеді. Модульдік верификациядан кейін блоктар біріктіріледі, жад картасы жасалады және жүйенің аппараттық верификациясы орындалады. Ұсынылған тәсілдің эксперименттік тексеруі GOWIN Tang Primer 20K және TinyTapeout (PDK SkyWater SKY130) платформаларын пайдаланып TinyQV (RISC-V) ядросына негізделген демонстрациялық есептеу модулінде жүргізілді. Нәтижелер ұсынылған тәсілдің қайталану мүмкіндігін және оның мамандандырылған криптографиялық контроллерлер мен қауіпсіз кірістірілген жүйелерді әзірлеу үшін қолданылуын растайды.

1. Meng H. Research and development of digital signatures / Meng H., Sang Z. // Journal of Computing and Electronic Information Management. – 2025. – Vol. 16, № 3. – P. 23-28.

2. Gashi K. Digital signatures in the modern era: a review of cryptographic progress and postquantum challenges / K. Gashi, B. Hyseni // International Journal of Innovative Technology and Interdisciplinary Sciences. – 2025. – Vol. 8, № 4. – P. 1082-1112.

3. Trends in data protection and encryption technologies / V. Mulder et al. – Switzerland: Springer, 2023. – 225 p.

4. Somsuk K. The development of signing and verification methods for high speed digital signatures on electronic official documents by using RSA cryptography / K. Somsuk // Cogent Engineering. – 2024. – Vol. 11, № 1. – Art. 2432513. https://doi.org/10.1080/23311916.2024.2432513.

5. Implementation efficiency of Falcon digital signature scheme on Arty-7 XC7A35T board / T.-T. Nguyen et al // Electronics. – 2025. – Vol. 14, № 22. – Art. 4504. https://doi.org/10.3390/electronics14224504.

6. Focardi R. A formally verified configuration for hardware security modules in the cloud / R. Focardi, F.L. Luccio // Proceedings of the ACM SIGSAC Conference on Computer and Communications Security (CCS '21). – 2021. – P. 412-428. https://doi.org/10.1145/3460120.3484750.

7. A trusted execution environment RISC-V system-on-chip compatible with transport layer security 1.3 / B. Kieu-Do-Nguyen et al // Electronics. – 2024. – Vol. 13, № 13. – Art. 2508. https://doi.org/10.3390/electronics13132508.

8. Profiled side channel attacks against the RSA cryptosystem using neural networks / A. Barenghi et al // Journal of Information Security and Applications. – 2022. – Vol. 66. – Art. 103122. https://doi.org/10.1016/j.jisa.2022.103122.

9. Enhanced side-channel analysis on ECDSA employing fixed-base comb method / S. Jin et al // IEEE Transactions on Computers. – 2022. – Vol. 71, № 9. – P. 2341-2350. https://doi.org/10.1109/TC.2021.3126387.

10. A novel and efficient SPI enabled RSA crypto accelerator for real-time applications / V.R. Kolagatla et al // Proceedings of the 28th International Symposium on VLSI Design and Test (VDAT). – 2024. – P. 1-6.

11. Hardware performance analysis of RSA cryptosystems on FPGA for wireless sensor nodes / G. Leelavathi et al // International Journal of Intelligent Networks. – 2021. – Vol. 2. – P. 184-194. https://doi.org/10.1016/j.ijin.2021.09.002.

12. Optimized RSA-1024 FPGA implementation on Artix-7 / R. Ghayoula et al // Coding Theory – Advances and Applications in Informatics, Data Analysis, and Cryptography. – 2025. – Vol. 6. – P. 244.

13. Efficient FPGA-based ECDSA verification engine for permissioned blockchains / R. Agrawal et al // IEEE ASAP. – 2022. – P. 148-155. https://doi.org/10.1109/ASAP54618.2022.00028.

14. Cryptographic accelerators for digital signature based on Ed25519 / M. Bisheh-Niasar et al // IEEE Transactions on VLSI Systems. – 2021. – Vol. 29, № 7. – P. 1297-1305. https://doi.org/10.1109/TVLSI.2021.3071086.

15. A hardware efficient elliptic curve accelerator for FPGA based cryptographic applications / M. Kashif et al // ELECO. – 2019. – P. 362-366.

16. Rodionov A.Yu. Arxitektura kriptograficheskogo soprocessora na PLIS / A.Yu. Rodionov // Voprosy` zashhity` informacii. – 2016. – № 3(114). – S. 16-19. Development of optical transceivers SFF standard with support for cryptographic kernel / I.A. Kashirin et al // APEIE. – 2016. – P. 159- 162. (In Russian).

17. Debugging and verifying SoC designs through effective cross-layer hardware-software cosimulation / K. Campbell et al // DAC. – 2016. – P. 1-6. https://doi.org/10.1145/2897937.2898068.

18. Hardware and software co-verification from security perspective in SoC platforms / K. Chen et al // Journal of Systems Architecture. – 2022. – Vol. 122. – Art. 102355. https://doi.org/10.1016/j.sysarc.2021.102355.

19. Verification of SoC using advanced verification methodology / P. Pamula et al // Engineering Proceedings. – 2023. – Vol. 34, № 1. – Art. 12. https://doi.org/10.3390/engproc2023034012.

20. Verification of an ARM Cortex-M3 based SoC using UVM / A. Hegazy et al // SPIN. – 2023. – P. 778-783. https://doi.org/10.1109/SPIN57001.2023.10116603.

21. Farooq U., Mehrez H. Pre-silicon verification using multi-FPGA platforms: a review // Journal of Electronic Testing. – 2021. – Vol. 37. – P. 7–24. https://doi.org/10.1007/s10836-020-05904-8.

22. Makinote: an FPGA-based HW/SW platform for pre-silicon emulation of RISC-V designs / E. Perdomo et al // RAPIDO. – 2024. – P. 29-34.

23. FPGA prototyping of heterogeneous security architecture for educational purposes / S. Stoyanov et al // Engineering Proceedings. – 2025. – Vol. 100, № 1. – Art. 18. https://doi.org/10.3390/engproc2025100018.

24. Open-source design of integrated circuits / P. Fath et al // e+i Elektrotechnik und Informationstechnik. – 2024. – Vol. 141. – P. 76-87. https://doi.org/10.1007/s00502-023-01185-7.

25. Integrating design for testability technique into OpenLane with Skywater 130-nm process design kit / K. Chew et al // Semarak Engineering Journal. – 2023. – Vol. 3, № 1. – P. 14-21.

26. Custom ASIC design for SHA-256 using open-source tools / L.D. Franck et al // Computers. – 2024. – Vol. 13, № 1. – Art. 9. https://doi.org/10.3390/computers13010009.

27. A survey on assertion-based hardware verification / W. Hasini et al // ACM Computing Surveys. – 2022. – Vol. 54, № 11. – P. 1-33. https://doi.org/10.1145/3484517.

28. DirectFuzz: automated test generation for RTL designs using directed graybox fuzzing / S. Canakci et al. // DAC. – 2021. – P. 529-534. https://doi.org/10.1109/DAC18074.2021.9586230.

29. SoCFuzzer: SoC vulnerability detection using cost function enabled fuzz testing / M.M. Hossain et al. // DATE. – 2023. – P. 1-6. https://doi.org/10.23919/DATE56975.2023.10137021.

30. DifuzzRTL: differential fuzz testing to find CPU bugs / J. Hur et al // IEEE Symposium on Security and Privacy. – 2021. – P. 1286-1303. https://doi.org/10.1109/SP40001.2021.00063.

31. SHarPen: SoC security verification by hardware penetration test / H. Al-Shaikh et al // ASPDAC. – 2023. – P. 579-584. https://doi.org/10.1109/ASPDAC56680.2023.10044776.

32. Remote WebAuthn: FIDO2 authentication for less accessible devices / P. Wagner et al // ICISSP. – 2023. – P. 368-375. https://doi.org/10.5220/0011624500003405.

33. A novel protocol using captive portals for FIDO2 network authentication / M. Rivera-Dourado et al // Applied Sciences. – 2024. – Vol. 14, № 9. – Art. 3610. https://doi.org/10.3390/app14093610.

34. GlobalShuttle™: Multi Project Wafer Program. https://gf.com/manufacturing-services/multiproject-wafer-program/ (дата обращения: 08.02.2026).

35. Offered MPW services – Si CMOS, compound semiconductor. https://www.mosis2.com/mpwservices (дата обращения: 08.02.2026).

36. TSMC MPW shared tapeouts. https://www.musesemi.com/shared-block-tapeout-pricing (дата обращения: 08.02.2026).

37. Cadence and SkyWater: fostering the next generation of innovators. https://community.cadence.com/... (дата обращения: 08.02.2026).

38. Tiny Tapeout. https://tinytapeout.com/chips/ (дата обращения: 08.02.2026).

39. Venn M. Tiny Tapeout: a shared silicon tape-out platform accessible to everyone / M. Venn // IEEE Solid-State Circuits Magazine. – 2024. – Vol. 16, № 2. – P. 20-29. https://doi.org/10.1109/MSSC.2024.3371234.

40. Cocotb. https://www.cocotb.org/ (дата обращения: 08.02.2026).