I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  14 ,   No .   3 N o v e m b er   20 25 ,   p p .   7 0 5 ~ 7 16   I SS N:  2089 - 4864 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 1 4 . i 3 . pp 7 0 5 - 7 16          705       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   I m ple m e ntatio n o ha rdw a re securit y   m o du le using  e lliptic  curv e cr y ptog ra p hy  f o r cyber - phy sica l sy ste m       B .   M uthu Nish a ,   J .   Selv a k u m a r   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   S R M   I n st i t u t e   o f   S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   K a t t a n k u l a t h u r ,   I n d i a         Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 8 ,   2 0 2 4   R ev i s ed   Sep   9 ,   2 0 2 5   A cc ep ted   Oct  9 ,   2 0 2 5       T h e   v isio n   o f   su sta in a b le  d e v e lo p m e n g o a 9   (S DG   9 is  re a li z e d   th r o u g h   th e   in teg ra ti o n   o f   in n o v a ti v e   te c h n o l o g ies   in   t h e   c y b e r - p h y sic a s y ste m   (CP S ).   T h is  w o rk   f o c u se o n   a   sm a rt  n e t w o rk   m e ter  (S NM)  a p p li c a ti o n ,   d e sig n e d   to   m a n a g e   th e   e x ten siv e   b ig   d a ta  a n a ly ti c re q u ired   f o p ro c e ss in g   a n d   a n a ly z in g   v a st  a m o u n ts  o f   a g g re g a ted   d a ta  in   a   sh o rt  p e rio d .   T o   a d d re ss   th e se   d e m a n d s,  a n   a d v a n c e d   e x p li c it ly   p a ra ll e in stru c ti o n   c o m p u ti n g   (A EP IC)  a p p r o a c h   is  e m p lo y e d ,   lev e ra g in g   a   m u lt i - c o re   h a rd w a r e   se c u rit y   m o d u l (HSM b u i lt   o n   th e   e ll i p ti c   c u rv e   c ry p to g ra p h y   (ECC)  a lg o rit h m .   Im p le m e n ti n g   th e   a lg o ri th m   o n   v a rio u f ield   p r o g ra m m a b le  g a te  a rra y s   (F P GA s)  e n su re a d a p tab il it y   to   d if f e r e n h a rd w a re   c o n fig u ra ti o n s,   d e li v e rin g   sc a lab le  a n d   o p ti m ize d   p e rf o rm a n c e   f o b ig   d a ta  a g g r e g a ti o n   in   S NM  a p p li c a ti o n s.  T h e   p ro p o se d   m o d u le  sh o w c a se e x c e p ti o n a l   p e rf o r m a n c e   in   d e sig n   a n a l y sis.  T h e   V irt e x - 7   F P G A   d e m o n stra te e x c e ll e n su it a b il it y   f o b ig   d a ta  a n a ly ti c in   sm a rt  n e tw o rk   a p p li c a ti o n s ,   w it h   d y n a m i c   p o w e c o n su m p ti o n   a c c o u n ti n g   f o 5 5 %   o f   to tal  p o w e a n d   a n   o n - c h ip   p o w e o f   0 . 5 4 2   w a tt s.   K ey w o r d s :   C y b er - p h y s ical  s y s te m   Field   p r o g r am m ab le  g ate  ar r ay   Har d w ar s ec u r it y   m o d u le   Mu lti - co r e   S m ar n et w o r k   m eter   Su s tain ab le  d ev e lo p m en t g o al   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J .   Selv ak u m ar     Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g ,   SR I n s tit u te  o f   Scie n ce   a n d   T ec h n o lo g y   Kattan k u lath u r   6 0 3 2 0 3 ,   I n d ia   E m ail:  s e lv a k u j @ s r m is t.e d u . i n       1.   I NT RO D UCT I O N   Su s tain ab le  d ev e lo p m en g o al   ( SDG)   9 . 4   f o cu s es  o n   u p g r ad in g   in f r astr u ct u r an d   in d u s tr i es  b y   2 0 3 0   to   en h a n ce   s u s tai n ab ilit y .   I h ig h li g h ts   r eso u r ce - u s e f f ici en c y   a n d   th ad o p tio n   o f   cle an ,   en v ir o n m en tall y   s o u n d   tech n o lo g ie s   [ 1 ] - [ 3 ] .   A ch iev in g   th i s   o b j ec tiv r eq u ir es  in n o v ati v s o lu t i o n s   tailo r e d   to   ea ch   c o u n tr y 's   ca p ab ilit ies,  s u p p o r tin g   s u s ta i n ab le  an d   in clu s i v in d u s tr ial   g r o w t h .   I n   th is   co n te x t,  th s m ar en er g y   m eter   ( SEM )   e m er g es a s   p iv o tal  te ch n o lo g y   f o r   ad v an ci n g   s m ar t g r id   in f r astru c tu r [ 4 ] - [ 6 ] .   I n   ad d itio n   to   ad v a n cin g   t h e   “s m ar t n es s ”,   co s t - ef f ec ti v s m ar n e t w o r k   m eter   ( SNM)   i s   an   o p ti m al   s o lu tio n   to   m iti g ate  n et w o r k   co n g esti o n   th r o u g h   d ec en tr alize d   d ata  p r o ce s s in g ,   en ab lin g   s m ar en er g y   m eter i n g   i n d ep en d en o f   u tili t y   s er v er   d ata  [ 7 ] .   Ho w e v er ,   th is   SNM  d ep en d s   o n   th p r o ce s s i n g   ca p ab ilit y   o f   A r d u i n o   Un o .   A r d u i n o   Un o   s u p p o r ts   u p   to   5   c o n s u m er s .   I n   th is   d ev ice,   th ab s en ce   o f   r o b u s s ec u r it y   m ec h a n i s m s   lea v es s u c h   s y s te m s   v u ln er ab le  to   c y b er - p h y s ic al  attac k s .     T o   ad d r ess   th ese   v u l n er ab ili ties ,   h ar d w ar s ec u r it y   m o d u le  (H SM)   i s   i m p er at iv f o r   s ec u r e   co m m u n icatio n   a n d   d ata  in te g r it y   w i th i n   s m ar g r id   n et wo r k s   [ 8 ] .   T h HSM,   tam p er - r esis ta n d ev ice,   i m p r o v es  en cr y p tio n ,   m a n a g e s   cr y p to g r ap h ic  k e y s ,   an d   s a f eg u ar d s   ag a in s ta m p er i n g ,   e n s u r in g   th r eliab le   o p er atio n   o f   SNM.   A s   HSMs  n ec ess itate  ef f icie n p u b lic  k e y   cr y p to g r ap h ic  alg o r it h m s .   E llip tic  cu r v e   cr y p to g r a p h y   ( E C C )   is   t h id ea l c h o ice  f o r   s u c h   ap p licatio n s   [ 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   3 No v e m b er   2 0 2 5 705 - 7 16   706   I n   p ar allel,   E C C ,   in d ep en d en t l y   in tr o d u ce d   b y   Miller   ( 1 9 8 6 )   an d   Ko b litz   ( 1 9 8 7 ) ,   o f f er s   eq u iv ale n t   s ec u r it y   to   R S A   w it h   s i g n if ic an tl y   s m aller   k e y   s izes,  m ak i n g   it  id ea f o r   r eso u r ce - co n s tr ain ed   en v ir o n m en t s .   Fo r   in s ta n ce ,   1 6 0 - b it  E C C   k e y   m atc h es  t h s ec u r it y   o f   1 0 2 4 - b it  R S A   k e y ,   o f f er i n g   p r o s   s u c h   as  r ed u ce d   cir cu it  ar ea ,   lo w er   m e m o r y   r e q u ir e m e n ts ,   d ec r ea s ed   p o w er   co n s u m p tio n ,   an d   en h a n ce d   p er f o r m an ce .   T h ese   attr ib u tes  m a k E C C   w el l - s u i ted   f o r   m u lti - co r HSM  i n te g r atio n   in   s m ar g r id   i n f r astru c tu r e.   F u r th er m o r e,   E C C s   ad o p tio n   in   s ta n d ar d s   s u ch   a s   I E E E   1 3 6 3   an d   NI ST   h ig h lig h t s   its   r eliab ili t y   a n d   ex t en s i v r ec o g n itio n   in   m o d er n   s ec u r it y   p r o to co ls   [ 1 0 ] .   T h is   r esear ch   u s ed   an   ad v an ce d   ex p licitl y   p ar allel  i n s tr u ctio n   co m p u ti n g   ( A E P I C )   ap p r o ac h ,   lev er ag i n g   m u lti - co r HSMs  w it h   f i n ite - f ield   E C C   co r es  o p ti m ized   f o r   th Ko b litz  s tan d ar d   cu r v o v er   t h e   Galo is   f ield .   I m p le m en ted   o n   f ield   p r o g r a m m ab le  g ate  a r r ay   ( FP G A )   [ 1 1 ] ,   th p r o p o s ed   s o lu tio n   en s u r es   ef f icien p r o ce s s in g ,   s ec u r d a ta  h an d li n g ,   an d   s ca lab ilit y ,   m ee tin g   th g r o w i n g   d e m a n d s   o f   b ig   d ata  an al y tics   in   SNM   ap p licatio n s .   T h m o t iv atio n   f o r   th i s   w o r k   co m e s   f r o m :     SNMs  i n   ea r lier   i m p le m e n tat io n s   o r   p r o to ty p es  h av r elie d   o n   A r d u i n o   Un o ,   w h ic h ,   d u to   its   li m ite d   p r o ce s s in g   p o w er ,   m e m o r y ,   a n d   s to r ag e,   is   u n s u itab le  f o r   h an d lin g   t h b ig   d ata  r eq u ir ed   i n   m o r ad v a n ce d   ap p licatio n s .     T h A r d u in o   U n o 's  li m itatio n s   h i g h l ig h t h n ee d   f o r   m o r p o w er f u an d   ef f icie n h ar d w a r s o lu tio n s .   I n   co n tr ast,  th FP G A s ,   w it h   th e ir   in h er en p ar allelis m ,   ca n   ap p r o ac h   m u ltip le  d ata  s tr ea m s   s i m u lta n eo u s l y ,   s ig n i f ica n tl y   u p g r ad i n g   t h r o u g h p u t a n d   ef f icie n c y .     FP GAs  ar th er ef o r w ell - s u i ted   f o r   n et w o r k   e n v ir o n m e n t s   th at  r eq u ir h ig h - s p ee d   d ata  p r o ce s s in g   a n d   r ea l - ti m an al y tic s .   I n   ea r lier   s tu d ies,  m an y   HSM  tech n iq u es  h av b ee n   d ep lo y e d ,   s u ch   as  Sa m et  a l.   [ 1 2 ]   d e m o n s tr ated   th ef f icac y   o f   th cu s to m   h ar d w ar s ec u r it y   m o d u le  ( C HS M)   in   h an d l i n g   s ec u r it y   c h alle n g e s   ass o ciate d   w it h   h eter o g e n eo u s   i n te g r atio n   in   t h s e m ico n d u cto r   in d u s tr y .   X ie  et  a l.   [ 1 3 ]   p r esen ted   th s t ep w is d ec r ea s i n g - b ased   h eu r i s tic  al g o r ith m   ( S DH)   an d   t h i n ter f er e n ce   b al an cin g - b ased   h e u r is tic  al g o r ith m   ( I B H)   f o r   HSM - b ased   m u l tico r s y s te m s ,   co n ce n tr at in g   o n   s ec u r i n g   in - v eh icle  n et w o r k s   w h ile  m ee ti n g   s tr i n g e n d ela y   co n s tr ain ts .   C ab r er a - Gu t iér r ez   et  a l.  [ 1 4 ]   h ig h li g h ted   th at   HSMs  s er v as  h ar d w ar e - b ased   r o o ts   o f   tr u s t,   o f f er i n g   p h y s ical  p r o tectio n   an d   an   ad d itio n al  s ec u r it y   la y er   w it h i n   s y s te m   ar ch i t ec tu r es.  T h eir   w o r k   p r im ar il y   e m p h a s ized   th i n teg r atio n   o f   p u b lic - k e y   cr y p to g r ap h y   al g o r ith m s   an d   s ta n d ar d s ,   ai m i n g   to   en h a n ce   o v er all  s ec u r it y   b y   co m b in i n g   HSM s   w it h   b lo ck ch ai n   tec h n o lo g ies  in   I n d u s tr ial  I o T   s y s te m s .   Mu r taza   et  a l.   [ 1 5 ]   ca r r ied   o u d ef e n s e - in - d ep th   s tr ateg y   to   s ec u r th r o u g h   HSM,   i t s   u s er s ,   an d   r elate d   s er v ices   f r o m   v ar io u s   th r ea t s ,   r an g i n g   f r o m   b asic   s h o u ld er   s u r f i n g   to   s o p h is tica ted   m a n - in - t h e - m id d le  attac k s .   T h is   s tr ateg y   n o tab l y   s tr en g t h en ed   cr y p to g r ap h ic  k e y   s ec u r it y   b y   eli m i n ati n g   th n ee d   f o r   s to r ed   k ey s   a n d   in te g r atin g   m u lti - f ac to r   au t h e n ticatio n .   L in   et  a l.   [ 1 6 ]   in iti ated   n o v el  tr i - f u n c tio n al  m o d u le  u s i n g   r e s is t iv e   r an d o m - ac ce s s   m e m o r y   ( R R A M) ,   w h ic h   w as   ex p er i m en t all y   d e m o n s tr ated   f o r   th e   f ir s ti m e,   s h o w i n g   it s   p o s s ib le  f o r   u s i n   t ig h tl y   r es tr icted   in ter n et  o f   t h in g s   ( I o T )   a p p licatio n s .   A cc o r d in g   to   t h p r ev io u s   l iter atu r e,   it is   clea r   th at :     T h u s o f   HSM s   an d   h eter o g en eo u s   co m p u ti n g   f ab r ics  f o r   SNMs  h as b ee n   u n e x p lo r ed .     T h is   p ap er   p r o p o s es  th i m p l e m en tatio n   o f   HSM  w it h   h et er o g en eo u s   co m p u te  f ab r ics,  u tili zi n g   E C C   t o   en h a n ce   b o th   s ec u r m o d u le  a n d   d ata  h an d li n g   ca p ab ilit ie s   f o r   SNMs .     C o m b i n in g   E C C   w i th   m u lti - c o r d esig n   f o r   HSMs  o f f er s   m o r e f f ec ti v s ec u r it y   s o lu t i o n   co m p ar ed   to   ex is t in g   b ig   d ata  h a n d li n g   m et h o d s .     T o   ad d r ess   th ese  ch alle n g e s ,   ad v an ce d   A E P I C   is   n o v el  ap p r o ac h   to   en h an ce   th p er f o r m an ce   an d   s ec u r it y   f o r   SNM s .   T h is   r esear ch   i s   s tr u ct u r ed   as  f o llo w s :   s ec tio n   2   p r o v id es a n   o v er v ie w   o f   t h p r o p o s ed   co m p u tatio n a l   co n s i d er atio n s   f o r   im p le m e n t in g   HS Ms.  I o u tlin es  t h m eth o d o lo g y   u s ed   an d   p r esen ts   th p s eu d o - co d m o d ell in g   o f   t h p r o p o s ed   alg o r ith m .   Sect io n   3   d is cu s s es  t h r esu lts   o b tai n ed ,   ev alu a tin g   th ef f ec ti v e n es s   o f   th p r o p o s ed   HSM  d esig n .   Fin all y ,   s ec tio n   4   co n clu d es   th p ap er   b y   s u m m ar izin g   th f i n d in g s   a n d   s u g g e s ti n g   d ir ec tio n s   f o r   f u t u r r esear ch .       2.   RE S E ARCH   M E T H O   T h p r o p o s ed   r esear ch   f r am e w o r k   is   ill u s tr ated   in   Fi g u r 1 .   I s tar ted   w i th   ch o o s i n g   an   ap p r o p r iate  c y b er - p h y s ica s y s te m   ( C P S)  ap p licatio n   to   ev al u ate  s u itab le  FP GA  p r o ce s s o r   f o r   s ec u r b ig   d ata   co m p u ti n g .     2 . 1 .     P r o t ec t io n set up     T h SNMs  ac as  cy b e r - p h y s ical  in ter f ac w i th i n   C P ap p licatio n .   T h is   ca n   b b u ilt  o n   th s a f et y   s p ec if icatio n   in   Fi g u r 2 .   I t is ess e n tial  f o r   m ai n tai n in g   t h s ec u r it y   a n d   r eliab ilit y   o f   s m ar t   g r id   in f r astru ct u r e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       I mp leme n ta tio n   o h a r d w a r s ec u r ity  mo d u le  u s in g   ellip tic  c u r ve   cryp to g r a p h fo r   … ( B .   Mu th u   N is h a )   707   I ap p lies   s tr ict  s ec u r it y   m ea s u r es  an d   p r o to co ls   to   p r o tec d ata  in teg r it y ,   p r ev e n u n au th o r ized   ac ce s s ,   an d   co n tr ib u te  to   r o b u s t   p latf o r m   f o r   m a n ag in g   co m m u n icati o n s   b et w ee n   s m ar m eter s   a n d   th g r id   n et w o r k     [ 1 ] ,   [ 1 7 ] .           Fig u r 1 .   P r o p o s ed   r esear ch   f r a m e w o r k           Fig u r 2 .   Saf et y   s p ec if icatio n   f o r   SNM  ( m o d if ied   f r o m   [ 1 7 ] )       2 . 2 .     At t ribute s   o f   a   t w o   f ini t f ields - ba s ed  elli ptic   curv cr y pto g ra ph y   co re   B in ar y   o r   ch ar ac ter is tic - t w o   f in ite  f ield s   ( F F)   ( GF( 2 ) )   ar e   s u b s et  o f   FF s   w h er th o r d er   is   p o w er   o f   t w o .   T h ese  f ield s   ar p ar ticu lar ly   m o s s u i tab le  f o r   h ar d w ar i m p le m e n tatio n   an d   b in ar y   co m p u ter   s y s te m s   d u e   to   th e ir   in h er en e f f ec tiv e n e s s .   T h co m p o n en ts   o f   G F(2 )   ar r ep r esen ted   as  b i n ar y   p o ly n o m ia ls ,   w it h   co ef f icien t s   r estricte d   to   v alu es  o f   0   o r   1 .   T h is   s ec tio n   o u tli n es  t h alg o r ith m s   u s ed   f o r   ex ec u t in g   FF   ar ith m etic  o p er atio n s   i n   th p r o p o s ed   s tu d y .   P ar allel  FF   r ed u ctio n s   ar f u n d am e n tal  to   all  FF   o p er atio n s   an d   p la y   a n   es s e n ti al  r o le  in   e n s u r in g   e f f icien ex ec u tio n   o f   ar it h m e tic  i n s tr u cti o n s   i n   GF( 2 ) .   T h p r o p o s ed   HSM  d esig n   e m p h asizes  t h i m p o r tan ce   o f   o p tim izi n g   th e s o p er atio n s   f o r   s ec u r an d   ef f icie n t   E C C   [ 1 8 ] .     2 . 3 .     H a rdwa re   s ec urit y   m o d ule   f un ct io na l c o m pu t a t io n   T h d ev elo p m en o f   E C C   w it h in   t h b ase  o f   HSM  ca n   b v is u a lized   as  p y r a m id ,   as   s h o w n   i n   Fig u r 3 .   Ov er all,   E C C   s er v es  as  th b ase  o f   th s ec u r it y   m ec h a n i s m s   in   HSM.   B en ea t h   th i s ,   E C C   cr itical   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   3 No v e m b er   2 0 2 5 705 - 7 16   708   ope r atio n   is   co m p o s ed   o f   s e r ies  o f   p o in ad d itio n s ,   p o in d o u b lin g s ,   an d   p o in m u ltip lic atio n s .   A t h b asi c   lev el,   th ese  p o in o p er atio n s   r ely   o n   m o d u lar   ar ith m etic   o p e r atio n s ,   in clu d i n g   ad d itio n ,   s u b tr ac tio n ,   an d   m u ltip licatio n   [ 1 9 ] .   T h ese  m o d u lar   o p er ati o n s ,   in   tu r n ,   ar in teg r ated   as  m u lt ip le - p r ec is io n   o p er atio n s   o n   an   n - b it p r o ce s s o r ,   s u p p o r tin g   ef f icien t c o m p u tatio n   in   t h HS d esig n .           Fig u r 3 .   Fu n c tio n al  p y r a m id   o f   p r o p o s ed   HSM  ( m o d if ied   f r o m   [ 1 9 ] )       2 . 4 .     Adv a nced  ex pli cit ly   pa ra llel ins t ruct io n   co m p uting     A E P I C   i s   t h o p er atio n   o f   i m p r o v in g   t h p er f o r m a n ce   o f   a n   HSM  t h r o u g h   co n f ig u r i n g   its   i n s tr u ctio n   s et  to   s u it  s p ec i f ic  ellip tic  c u r v ar it h m etic  al g o r ith m   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   I n   p ar ticu lar ,   it  h ig h li g h t s   e f f o r ts   to   r ef in e   th alg o r ith m   ac r o s s   th r ee   p r o ce s s o r   co r es.  E ac h   c o r e   ex ec u tes  FF   o p er atio n s   u s in g   cu s t o m ized   in s tr u c tio n   s et  s p ec i f icall y   d esi g n ed   f o r   ar ith m etic  ta s k s ,   s u ch   a s   a d d itio n ,   s q u ar in g ,   a n d   m u lti p licatio n   [ 2 2 ] .   T h is   cu s to m izatio n   co n s o lid ates  s elec ted   o p er atio n s   in to   a   s in g le  clo ck   c y cle,   i m p r o v i n g   th al g o r ith m 's   ef f icien c y .   E s tab lis h in g   i n ter c o n n ec tio n s   b et w ee n   co r es  p la y s   cr itica r o le  in   m a n ag i n g   d ata  d ep en d en cies  [ 2 3 ] .   Fo r   in s tan ce ,   i f   co r 1   r elies o n   d ata  g en er ated   b y   co r 2   at  s p ec if ic  s tep ,   co n n ec ti o n   b et w ee n   t h t w o   co r es  en s u r es  s ea m le s s   d ata  f lo w ,   as  il lu s tr ated   in   Fi g u r e   4 .   Si m ilar   i n ter co n n ec tio n s   ar estab lis h ed   to   f ac ilit ate  o t h er   d ata  d ep en d en cies  w it h in   t h al g o r ith m .   I n   t h is   r esear c h   w o r k ,   th m u ltico r A E P I C   d esig n   is   i m p le m en ted   ac r o s s   t h r ee   co r es,  as d etailed   in   p s eu d o - co d e.           Fig u r 4 .   T h d esig n   o f   m u l ti - co r u s in g   A E P I C   co m p u ti n g   ( m o d if ied   f r o m   [ 2 3 ] )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       I mp leme n ta tio n   o h a r d w a r s ec u r ity  mo d u le  u s in g   ellip tic  c u r ve   cryp to g r a p h fo r   … ( B .   Mu th u   N is h a )   709   2 . 5 .     P s eudo   co de  o v er v ie w   f o m ulti - co re   AE P I des ig n   T h f o llo w i n g   s tep s   o u t lin th p s eu d o   co d o f   th p r o p o s e d   m u lt i - co r A E P I C   d esig n   f o r   ef f icie n t   ellip tic  cu r v p o in m u ltip licat io n .   Step   1 .   Ob j ec tiv o f   ef f icie n c o m p u tatio n   o f   ellip tic  c u r v p o in m u ltip lica tio n   b A ,   w h er is   b in ar y   i n te g er .   Step   2 .   C o n v er t in p u t p o in t ( p ,   q )   f r o m   a f f in to   p r o j ec tiv co o r d in ates f o r   ef f icien t c o m p u tatio n .   Step   3 .   C o r 1   in itializes  P 1 ,   R 1 ;   C o r 2   is   as s ig n ed   w it h   n o   o p er atio n   ( id le  d u r in g   in i tializatio n ) .   C o r 3   co m p u tes  R 2   (p   0 ) f o r   th e   iter ativ lo o p .     Step   4 .   C o r 1   h a n d les  p o in t   ad d itio n   P 1 R 2 ,   s q u ar es  R 1 ,   a n d   u p d ates  P 2   w it h   m o d u lar   r ed u ctio n s .   C o r 2   p er f o r m s   p ar allel  task s   w it h   P 2 R 1   an d   u p d ates  P2 C o r e   3   c o m p u tes  m o d u lar   m u ltip licati o n s ,   s q u ar in g s ,   an d   u p d ates R2 .   Step   5 .   C o r 1   co m p u te s   m o d u lar   in v er s io n s   an d   m u ltip li ca tio n s   f o r   R 1   an d   W 1 C o r 2   p er f o r m s   s i m ilar   o p er atio n s   f o r   R 2   an d   W 2 ,   an d   C o r 3   h an d les  m o d u lar   i n v er s io n s   a n d   ar ith m etic  f o r   p   an d   q .   Step   6 .   So m co r es  r em a in   i d le  ( in d icate d   as  " NO - OP" )   d u r in g   s p ec if ic  s ta g es  to   av o id   r eso u r ce   co n f licts ,   en s u r in g   e f f ic ien t p ip eli n u s a g e.       P s eu d o   C o d f o r   A E P I C   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ]   I n p u t:  A   ( p ,   q )     E ( GF (2 n ) ) ,   an   i - b it i n te g er   B ,   b     (b i - 1 · · ·  ;   b 1 ;   b 0) 2 .   Ou tp u t: b A   ( p 0 ;   q 0 ) .   // I n itializat io n   o f   Af f i n C o o r d in ates to   P r o j ec tiv C o o r d in ates   // c o r 1   co r 2     co r 3   1.   P ←  (p   0 ) ;   NO - OP ;   R 2   ←  (p   0 ) 2 ;   2.   R ←  ( 1   0 )   NO - OP ;   P 2   ←  p 4;   3.   NO - OP   NO - OP ;   P 2   ←  P 2   c;   // P o in t M u ltip licatio n   I ter ativ P r o ce s s   f o r   k   = i     2   d o w n   to   0   d o   // c o r 1     co r 2   co r 3   1.   W ←  P 1   R 2 ;   W 2   ←  P 2 R 1 ;   W 3   ←  P 1 R 1 ;     X3   ←  R 1 4 ;   2.   R ←  ( W 1   W 2 ) 2   NO - OP ;   R 1   ←  ( W 3   0 ) 2 ;   3.   W ←  W 1 W 2 ;   W 2   ←  p R 2;   W 3   ←  cX 3;     X3   ←  P1 4   4.   P ←  W 1   W 2 ;   NO - OP ;   P 1   ←  W 3   X3 ;   if   ( k  ̸ 0   an d   b i  ̸ = b i - 1 )   o r   ( k   0   an d   b k   1 )   th en   S w ap ( P 1 , P 2 ) ,   Sw ap ( R 1 , R 2)   en d   if   en d   f o r   //C o n v er s io n   f r o m   P r o j ec tiv to   A f f i n C o o r d in ate s   // c o r 1   co r 2   co r 3   1 :   W ←  I n v ( R 1 )   W 2   ←  I n v ( R 2 ) ;   W 3   ←  I n v ( p ) ;   2 :   X ←  P 1 W 1   W 2   ←  P 2 W 2 ;   X3   ←  ( p 0 ) 2 ;       X3   ←  X 3   q ;   3 :   W ←  p   X1   W 2   ←  p   w 2 ;   NO - OP ;   4 :   W ←  W 1 W 3   W 2   ←  W 2 W 1 ;   NO - OP ;   5 :   N O - OP   W 2   ←  W 2   R 3;   NO - OP ;   6 :   N O - OP   W 2   ←  W 1 W 2 ;   NO - OP ;   7 NO - OP   X2   ←  W 2   q ;   NO - OP ;   r etu r n   b A   ( p 0 ;   q 0 )   ( X 1 , X 2 ) .       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h is   w o r k   is   i m p le m e n ted   th r o u g h   Viv ad o   HL 2 0 1 8 . 3 .   T h r esu lts   i n clu d th d etailed   d esig n   an d   th ex ec u tio n   o f   th s a m o n   d if f er e n FP G A s .   An   ar ith m et ic  lo g ic  u n it  ( AL U)   in cl u d es  i n s tr u ctio n s   f r o m   t h e   p r o g r am   co u n ter ,   d ata  f r o m   r ea d - o n l y   m e m o r y ,   an d   co n tr o s ig n als  f r o m   t h co n tr o u n it  to   p er f o r m   t h e   co m p u tatio n s .     3 . 1 .     Arit h m et ic  lo g ic  un it   mo du le  w it h t hree - co re   pa ra ll elis m   An   AL m o d u le  in   Fig u r 5   th at  p er f o r m s   t h r ee   co r o p er atio n s   o n   t w o   in p u d ata  ( I an d   I B ) ,   in cl u d in g   p o in ad d itio n /d o u b lin g ,   m u ltip licatio n ,   a n d   r ep ea ted   s q u ar in g .   T h co r r esp o n d in g   o u tp u p o r ts   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   3 No v e m b er   2 0 2 5 705 - 7 16   710   ( B P_ O1   an d   B P_ O2 )   ar g iv en   t h o u tp u s i g n als  f r o m   th p o in ad d er /d o u b lin g   m o d u l an d   th m u ltip lie r   m o d u le.   T h in p u w ir o f   th r ep ea ted   s q u ar f ield   m o d u le  i s   d esig n ated   f o r   th i n p u s i g n al  I B .           Fig u r 5 .   Desig n   o f   t h r ee   co r es b y   AL in   V iv ad o   HL S       B ased   o n   th co n tr o s ig n al s   ( m u ltip lier _ ac ti v ate  an d   P AD_ s el) ,   th AL e x ec u te s   th r eq u ir ed   o p er atio n s   an d   g en er ates  t h co r r esp o n d in g   r esu l ts .   T h o u tp u p o r R SF _ is   d esig n ate d   f o r   th r ep ea ted   s q u ar f ield   m o d u le ' s   o u tp u t s i g n al.       3 . 2 .     P o int  a dd it io n/d o ub lin g   m o d ule c o m pu t a t io n   B ased   o n   Fig u r 6 ,   th e   p o in ad d itio n   an d   d o u b lin g   o p er atio n s   ar h an d led   b y   m o d u le  ca lled   p o in t_ ad d er   d ef in ed   in   t h d esig n .   Fo u r   in p u ts   ar r eq u ir ed   b y   th m o d u le:  clo ck ,   s el,   P A D_ A ,   an d   P A D_ B .   A   clo c k   s i g n al  i s   u s ed   to   en ab le  s y n ch r o n o u s   o p er atio n .   T h in p u t,  w h ic h   h a s   a   v al u o f   0   f o r   ad d itio n   an d   1   f o r   d o u b lin g ,   is   s elec tio n   s i g n al   th a ch o o s e s   t h o p er atio n   to   b ca r r ied   o u t.  T h in p u t   o p er an d s ,   P A D_ an d   P A D_ B ,   ar b o th   1 6 3 - b it  v ec to r s .   P A D_ B P   is   th m o d u le's  s o le  o u tp u a n d   r ep r esen ts   th o u tco m o f   t h e   o p er atio n .   T h is   v al u i s   s to r ed   in   1 6 3 - b it  v ec to r .   R e g is ter s   an d   s ig n al s   ar u s ed   b y   th m o d u le  i n ter n al l y   to   ca r r y   o u t t h n ec ess ar y   co m p u tatio n s .             Fig u r 6 .   C o m p r eh e n s i v d esi g n   o f   E C C   p o in t a d d itio n /d o u b lin g   m o d u le  u s i n g   Viv ad o   H L S   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       I mp leme n ta tio n   o h a r d w a r s ec u r ity  mo d u le  u s in g   ellip tic  c u r ve   cryp to g r a p h fo r   … ( B .   Mu th u   N is h a )   711   T h v alu e s   ar k ep t i n   t w o   r eg is ter s ,   P AR 0   an d   P A R 1 ,   w h ic h   ar p ar t o f   it.   T h m o d u le  p e r f o r m s   t h e   ad d itio n   o p er atio n   u s in g   t w o   in s ta n ce s   o f   t h ad d er   m o d u le.   T h ese  in s tan ce s   g e n er ate  th ad d itio n   r esu lt s   u s i n g   th v al u es  f r o m   P AR 0   an d   P A R 1   as i n p u t s .   T o   co m p lete  th ad d itio n /d o u b li n g   p r o ce s s ,   th m o d u le  al s o   co n tain s   an   in s ta n ce   o f   t h d o u b lin g   m o d u le.   I g e n er ates  th d o u b lin g /ad d itio n   r es u lt.  T h v al u o f   s e l_ r eg   i s   u s ed   to   ca lcu la te  th o u tp u t,  P A D_ B P .   I f   s el_ r eg   is   s et  to   1 ,   w h ic h   d en o te s   d o u b lin g /ad d itio n ,   h o w ev er ,   i f   s el_ r eg   is   0 ,   it  s ig n i f ies  o n l y   ad d itio n .   I n   in f er en ce ,   th p o in t_ ad d er   m o d u le  g iv e s   u s er s   th o p tio n   to   ex ec u te  d o u b li n g /ad d itio n   o p er atio n s   d ep en d in g   o n   t h v al u e   o f   th s el   s i g n al.     On   ea ch   p o s it iv ed g o f   t h clo ck   s i g n al,   t h v al u es  o f   P A D_ A   a n d   P A D_ B   ar co r r e s p o n d in g l y   p lace d   in   th P A R 0   an d   P A R 1   r eg is ter s .   T h v alu o f   th s el’   s i g n al  is   r ec o r d ed   in   th s el_ r eg   r eg is ter .   T h ad d er   m o d u le  cr ea tes  t w o   i n s t an ce s ,   p o in t_ ad d er _ in s 0   an d   p o in t_ ad d er _ in s 1 .   Usi n g   th d ata  f r o m   P A R 0   an d   P A R 1 ,   p o in t_ ad d er _ in s 0   p er f o r m s   ad d itio n ,   an d   th o u tco m is   s av ed   in   P AD_ in s 0 _ R .   A d d itio n   is   ca r r ied   o u b y   p o i n t_ ad d er _ in s 1   u s in g   t h id e n tical  v al u es   f r o m   P A R 0   a n d   P AR 1 ,   an d   th e   o u tco m e   is   s a v ed   i n   P A D_ in s 1 _ R .   Do u b li n g _ in s 0   is   cr ea ted   as  a n   i n s tan ce   o f   t h d o u b li n g   m o d u le,   w h ich   u s es  t h v al u f r o m   P A D_ in s 0 _ R   to   p er f o r m   d o u b lin g   ad d itio n   an d   s to r es  th e   o u tco m in   DB _ in s 0 _ R .   T h v alu o f   s el_ r e g   d eter m in e s   th f i n al  b y p ass   o u tp u t,  P A D_ B P T h v alu o f   DB _ in s 0 _ R   is   ass ig n ed   to   th o u tp u P A D_ B w h e n   s el_ r eg   is   1   ( m ea n i n g   d o u b l in g /ad d itio n ) .   T h v a lu o f   P A D_ in s 1 _ R   is   a llo ca ted   to   th o u tp u t P A D_ B P   w h e n   s el_ r eg   is   s et  to   0   ( m ea n in g   ad d itio n ) .     3 . 3 .     P o int  m ulti pli er   m o du le   co m p uta t io n   T h d etailed   d esig n   o f   t h E C C   m u ltip lier   m o d u le  f o r   p o in m u ltip licatio n   u s i n g   Vi v a d o   HL i s   s h o w n   i n   Fi g u r 7 .   T h m o d u le  ac ce p ts   th f o u r   in p u t s   clo ck ,   ac tiv ate,   A ,   an d   B .   T h clo ck   s ig n al  is   u s ed   in   th s y n c h r o n o u s   o p er atio n   to   k ee p   th in ter n al  ac ti v itie s   o f   th m o d u le.   T h co m p u tat io n   p r o ce s s   is   m a n ag ed   b y   th ac t iv ated   i n p u t,  w h ic h   r eg u late s   w h e n   t h m u ltip licatio n   o p er atio n   s h o u ld   s ta r t.  An   o p er an d   f o r   m u ltip licatio n   is   r ep r esen ted   b y   o p er an d s   A ,   B   as  1 6 3 - b it  i n p u v ec to r .   T h ese  in p u t s   s u p p ly   th i n f o r m atio n   r eq u ir ed   f o r   th m o d u le  to   ca r r y   o u t th i n te n d ed   m u ltip licat io n   o p er atio n .             F ig u r 7 .   Deta iled   d esig n   o f   E C C   m u ltip lier   m o d u le  u s in g   V iv ad o   HL S       T h o u tp u t,  M_ B P _ O,   r ep r es en ts   t h r es u lt  o f   th m u ltip li ca tio n   o p er atio n .   T h f in i s h ed   p r o d u ct  is   s to r ed   in   1 6 3 - b it  v ec to r .   T h r ee   in ter m ed iate  s i g n al s ,   d esig n ated   s m _ in s 0 _ A ,   s m _ in s 0 _ B ,   an d   s m _ i n s 0 _ C ,   ar p r esen i n   t h f ir s ar it h m etic  m u ltip lier .   T h m o d u le   u s e s   t h ese  s i g n al s   to   ca r r y   o u t h ca lc u latio n s   r eq u ir ed   f o r   th f ir s m u ltip lie r .   Si m ilar   to   t h f ir s m u ltip lie r ,   ar ith m etic  m u ltip lier   n u m b e r   t w o   i n clu d e s   th r ee   in ter m ed iate  s i g n al s   s m _ in s 1 _ A ,   s m _ i n s 1 _ B ,   an d   s m _ i n s 1 _ C .     R eg i s ter s   L ,   P ,   Q,   M 0 ,   M1 ,   a n d   R   s to r s p ec ialized   v alu e s   n ee d ed   f o r   th m u ltip licatio n   o p er atio n .   W h en   n ec es s ar y ,   t h s i g n al  c lear   is   u s ed   to   clea r   t h r eg i s ter   R .   T h L P _ Flag   i s   f la g   t h at  r ep r esen t s   t h co m p u tatio n ' s   s tate.   T h m o d u le  also   u tili ze s   an   i n ter m ed ia r y   s i g n al  to   s elec b et w ee n   L   an d   P   b ased   o n   th e   L P _ Flag .   B ased   o n   t h c u r r en co m p u tatio n   s tate,   it   ch o o s es  w h ic h   v al u w i ll  b ap p lied   in   s u b s eq u e n t   co m p u tatio n s .   An   ac cu m u lato r   is   e m p lo y ed   w it h   an   i n ter m e d iar y   s ig n al  to   s to r th f i n al  p r o d u ct.     3 . 4 .     Repea t ed  s qu a re   m o du l co m p uta t io n   T h E C C   r ep ea ted   s q u ar in g   m o d u le  f o r   f ield   ar ith m et ic  o p er atio n   h as  1 6 3 - b it  in p u s i g n a ( R S_ A )   th at  is   f ed   in to   t h m o d u le,   wh ich   o u tp u t s   1 6 3 - b it  s ig n al  ( R S_ B ) .   B ased   o n   th v al u es  o f   th i n p u s i g n al   R SM_ A ,   t h ass i g n   s ta te m e n t s   in   t h Ver ilo g   co d ar u s ed   to   ass ig n   v al u es  to   ea ch   b it  o f   t h o u tp u s i g n a l   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   3 No v e m b er   2 0 2 5 705 - 7 16   712   R SM_ B .   B it w is XO R   o p er atio n s   an d   v ar io u s   co m b in at io n s   o f   th in p u b its   ar u s ed   to   ass ig n   v alu to   ea ch   b it  o f   t h R SM_ B   s tr u c tu r e.   R SM_ B [ 0 ]   is   g i v en   th e   XOR  r e s u l o f   R S M_ A [ 8 0 ] ,   R SM_ A [ 1 5 8 ] ,   an d   R SM_ A [ 0 ]   in   th f ir s as s i g n   s tate m en t.  Si m ilar   to   t h i s ,   late r   ass i g n m e n s tate m en ts   d eter m i n t h v alu e s   o f   ad d itio n al  R SM_ B   b its   d ep en d in g   o n   v ar io u s   co m b in at io n s   o f   in p u t b its ,   w h ich   i s   s h o w n   i n   Fi g u r 8 .           Fig u r 8 .   Deta iled   i m p le m e n ta tio n   o f   E C C   r ep ea ted   s q u ar in g   m o d u le  u s i n g   Vi v ad o   HL S       3 . 5 .     I m ple m e nta t io n o n het er o g eneo us   f ield pro g ra m m a ble g a t a rr a y   co m pu t f a bric   h eter o g e n eo u s   FP GA   co m p u te  f ab r ic  lev er ag es  th s tr e n g t h s   o f   v ar io u s   p r o ce s s in g   ele m e n ts   to   cr ea te  v er s atile  an d   h ig h - p er f o r m a n ce   co m p u ti n g   f o r   b ig   d ata  an al y tic  e n v ir o n m e n w h i ch   is   illu s tr ated   in   T ab le  1   f o r   1 0 0   Mh clo ck   f r eq u en c y .       T ab le  1 .   C o m p ar ativ a n al y s i s   o f   p o w er   an d   h ar d w ar co n s u m p tio n   ac r o s s   v ar io u s   FP GA   b o ar d s   F P G A   b o a r d   P a r t   H a r d w a r e   c o n su m p t i o n   T o t a l   p o w e r   ( w a t t s )   L U T s   F l i p   f l o p s   A l p h a - D a t a   A D M - P C I E - 7 V 3   x c 7 v x 6 9 0 t f f g 1 1 5 7 - 2   25 , 391   7 , 0 4 8   0 . 6 2 6   K i n t e x   U l t r a sca l e   A l p h a d a t a b o a r d   x c k u 0 6 0 - f f v a 1 1 5 6 - 2 - e   25 , 407   7 , 0 4 8   0 . 9 6 2   A r t i x - 7   A C   7 0 1   x c 7 a 2 0 0 t f b g 6 7 6 - 2   N o t   f e a si b l e   A l v e o   U 2 0 0   x c u 2 0 0 - f sg d 2 1 0 4 - 2 - e   25 , 412   7 , 0 4 8   2 . 7 9 8   A l v e o   U 2 5 0   x c u 2 5 0 - f i g d 2 1 0 4 - 2L - e   25 , 414   7 , 0 4 8   3 . 6 2 5   K i n t e x - 7   K C 7 0 5   x c 7 k 3 2 5 t f f g 9 0 0 - 2   25 , 399   7 , 0 4 8   0 . 4 4 8   K i n t e x   U l t r a sca l e   K C U 1 0 5   x c k u 0 4 0 - f f v a 1 1 5 6 - 2 - e   25 , 420   7 , 0 4 8   0 . 7 9 7   K i n t e x   U l t r a sca l e   K C U 1 1 6   x c k u 5 p - f f v b 6 7 6 - 2 - e   N o t   f e a si b l e   K i n t e x   U l t r a sca l e   K C U 1 5 0 0   x c k u 1 1 5 - f l v b 2 1 0 4 - 2 - e   25 , 404   7 , 0 4 8   1 . 5 8 4   P i c o   C o m p u t i n g   M 5 0 5   x c 7 k 3 2 5 t f f g 9 0 0 - 2   25 , 399   7 , 0 4 8   0 . 4 8 8   V i r t e x - 7   V C 7 0 7   x c 7 v x 4 8 5 t f f g 1 7 6 1 - 2   25 , 398   7 , 0 4 8   0 . 5 4 2   V i r t e x - 7   V C 7 0 9   x c 7 v x 6 9 0 t f f g 1 7 6 1 - 2   25 , 391   7 , 0 4 8   0 . 6 3 4   V i r t e x - U l t r a sca l e   V C U 1 0 8   x c v u 0 9 5 - f f v a 2 1 0 4 - 2 - e   25 , 413   7 , 0 4 8   1 . 2 4 7   V i r t e x - U l t r a sca l e   V C U 1 1 0   x c v u 1 9 0 - f l g c 2 1 0 4 - 2 - e   N o t   f e a si b l e   V i r t e x   U l t r a sca l e + V C U 1 1 8   x c v u 9 p - f l g a 2 1 0 4 - 2L - e   25 , 410   7 , 0 4 8   2 . 7 8 0   V i r t e x   U l t r a sca l e + V C U 1 5 2 5   x c v u 9 p - f sg d 2 1 0 4 - 2L - e   25 , 412   7 , 0 4 8   2 . 7 8 9   Zy n q - 7 Z C 7 0 2   x c 7 z 0 2 0 c l g 4 8 4 - 1     N o t   f e a si b l e   Zy n q - 7 Z C 7 0 6   x c 7 z 0 4 5 f f g 9 0 0 - 2   Zy n q   U l t r a sca l e + Z C U 1 0 2   x c z u 9 e g - f f v b 1 1 5 6 - 2 - e   Zy n q   U l t r a sca l e + Z C U 1 0 4   x c z u 7 e v - f f v c 1 1 5 6 - 2 - e   Zy n q   U l t r a sca l e + Z C U 1 0 6   x c z u 7 e v - f f v c 1 1 5 6 - 2 - e   Zy n q   U l t r a sca l e + Z C U 1 1 1   x c z u 2 8 d r - f f v g 1 5 1 7 - 2 - e       T h A lp h a,   A l v eo ,   Kin te x ,   P ico   C o m p u ti n g ,   an d   Vir tex - 7   FP GA   f a m ilie s   p r o v id f ea s ib le   p latf o r m   f o r   b ig   d ata  an al y tics   f o r   SNM s   d u to   th eir   ef f icien r eso u r ce   allo ca tio n   an d   w el l - o p ti m ized   d esig n .   I n   co n tr ast,  th A r ti x - 7 ,   Vir tex - 1 1 0   Ultr ascale  VC U,   an d   Z y n q   f a m i lies   ar less   s u i tab le  f o r   th is   ap p licatio n   b ec au s th e y   ar n o d esig n ed   w it h   th n ec e s s ar y   o p ti m izatio n s   f o r   h an d li n g   lar g e - s ca le  d ata  an al y tic s   in   s u c h   en v ir o n m e n t s .     3 . 6 .     P o w er   ef f iciency   a na l y s is   f o f ea s ibl a nd   ef f ec t iv e nv iro n m en ts   P o w er   e f f ic ien c y   an a l y s is   f o r   s tatic  an d   d y n a m ic  co n d itio n s   o n   f ea s ib le  FP GA   b o ar d s ,   in cl u d in g   A lp h a,   A lv eo ,   Ki n te x ,   P ico   C o m p u ti n g ,   a n d   Vir tex - 7   f a m il i es,  is   s h o w n   i n   Fi g u r e s   9 ( a) - ( e) .   Static p o w er ,   also   k n o w n   as   leak a g p o w er ,   is   th p o w er   co n s u m ed   b y   t h FP G A   w h e n   it  is   p o w er ed   o n   b u n o ac ti v el y   s w itc h in g   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .   I is   p r i m ar il y   d u to   leak ag c u r r en ts   th at  f lo w   e v en   w h en   tr a n s i s to r s   ar n o s w i tch i n g   s tates.  Static  p o w er   ca n   b s ig n if ican co m p o n e n o f   th e   to tal  p o w er   co n s u m p tio n ,   esp ec iall y   as  p r o ce s s   tech n o lo g y   s ca les d o w n   to   s m aller   g eo m etr ie s .   C o n v er s el y ,   d y n a m ic  p o w er ,   also   k n o w n   as  s w itc h in g   p o w er ,   is   th p o w er   co n s u m ed   w h e n   t h FP GA   i s   ac tiv el y   s w itc h in g   s tates  d u r i n g   o p er atio n   [ 2 6 ] ,   [ 2 7 ] .   I is   ass o ciate d   w it h   th c h ar g i n g   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       I mp leme n ta tio n   o h a r d w a r s ec u r ity  mo d u le  u s in g   ellip tic  c u r ve   cryp to g r a p h fo r   … ( B .   Mu th u   N is h a )   713   d is ch ar g i n g   o f   c ap ac it iv lo a d s   w ith in   t h FP G A's  cir cu i tr y .   D y n a m ic  p o w er   is   t y p ic all y   t h d o m i n a n t   co m p o n e n o f   p o w er   co n s u m p tio n   d u r in g   ac ti v o p er atio n .   A cc o r d in g   to   p o w er   r ep o r ts ,   th Vir te x - 7   f a m il y   FP GA   b o ar d   ex h ib it s   f av o r ab le  d y n a m ic  a n d   s tatic  p o wer   co n s u m p tio n ,   ac co u n t in g   f o r   5 5 o f   th to tal  p o w er .   T h o n - ch ip   p o w er   co n s u m p t io n   is   0 . 5 4 2   w a tts ,   w it h   j u n ctio n   te m p er atu r o f   2 5 . 6   °C   an d   a   th er m al   m ar g i n   o f   5 9 . 4   °C .   T h ese  ch ar ac ter is tics   m a k t h Vir tex - 7   an   ex ce lle n p latf o r m   f o r   b ig   d ata  an al y tics   f o r   SNM.             ( a)   ( b )   ( c)         ( d )   ( e)     Fig u r 9 .   P o w er   r ep o r t o f   FP GA ;   ( a)   A lp h a ,   ( b )   A l v eo ,   ( c)   Kin tex ,   ( d )   P ico ,   an d   ( e)   Vir tex         3 . 7 .     Ass ess ing   da t a   ra t e   I n   th co n tex o f   b ig   d ata  an al y tics ,   w h er lar g v o lu m es  o f   d ata  f r o m   m u ltip le  m eter s   ar e   ag g r e g ated   an d   an al y ze d ,   ac cu r ate  d ata  r ate  ca lcu latio n s   ar ev en   m o r cr itical.   T h ey   e n s u r th at:     Data   ag g r e g atio n   is   s ea m le s s   a n d   ti m el y .     An al y tical  m o d el s   r ec eiv u p - to - d ate  an d   co n ti n u o u s   d ata  s tr ea m s   f o r   ac cu r ate  f o r ec asti n g   an d   an al y s i s .     S y s te m   p er f o r m an ce   r e m ai n s   r o b u s t u n d er   h i g h   d ata  th r o u g h p u t c o n d itio n s .   Ov er all,   d ata  r ate  ca lcu latio n   [ 2 8 ]   f o r   SNM  is   f u n d a m e n tal  to   en s u r in g   e f f icien t,  r eli ab le,   an d   s ca lab le  o p er atio n ,   w h ich   i s   v i tal  f o r   m o d er n   s m ar t g r id   in f r a s tr u ct u r es.            =       ×                   ( 1 )     T     =       ×              ( 2 )     Fro m   ( 1 )   an d   ( 2 )   as in   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] ,   f o r   ea ch   b it si ze   ( 1 6 3 ,   2 3 3 ,   2 8 3 ,   4 0 9 ,   an d   5 7 1   b its )   w it h   1 0 0   MH z   clo ck   an d   as s u m i n g   o n o p er atio n   p er   clo ck   c y cle,   t h t h e o r etica th r o u g h p u f o r   y o u r   3 - co r d esig n   is   3 0 0   m eg o p er atio n s   p er   s ec o n d   ( MO P S).   T h er ef o r e,   th d ata  r ate  ca lcu latio n   is   d ep icte d   in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   Data   r ate  ca lcu latio n   f o r   d if f er e n cu r v e   K o b l i t z   c u r v e   ( b i t s)   D a t a   r a t e = t h r o u g h p u t × b i t s   p e r   o p e r a t i o n   ( G b p s)     F P G A   b o a r d   1 6 3     4 8 . 9   V i r t e x - 7   f a mi l y   b o a r d   2 3 3     6 9 . 9   2 8 3     8 4 . 9   4 0 9     1 2 2 . 7   5 7 1     1 7 1 . 3     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t ,   Vo l.  14 ,   No .   3 No v e m b er   2 0 2 5 705 - 7 16   714   3 . 8 .     Co m pa ri s o n o f   re s ults   Ov er all,   t h co m p ar is o n   b et w ee n   A r d u i n o   U n o   an d   FP G A   co m p u ti n g   f o r   SNM  i s   i m p o r tan f o r   m ak in g   i n f o r m ed   d ec is io n s   a b o u p er f o r m an ce ,   s ca lab ilit y ,   p o w er   co n s u m p tio n ,   co s t,  f l ex ib ilit y ,   r ea l - t i m e   p r o ce s s in g ,   r eliab il it y ,   a n d   ea s o f   d ev elo p m e n t,  e n s u r in g   t h s elec tio n   o f   t h b est  p lat f o r m   f o r   s p ec if ic   n ee d s   an d   co n s tr ain ts .   T ab le  3   s h o w s   t h p er f o r m a n ce   co m p ar is o n   f o r   th co m p u ti n g   ca p ab ilit y .   T h co m p ar is o n   in d icate s   th at   t h Vir te x - 7   is   t h b est c h o ice  f o r   b ig   d ata  a n al y tics   en v ir o n m e n f o r   SNM   ap p licatio n s   ac r o s s   w id r an g o f   u s ca s e s .       T ab le  3 .   C o m p u t in g   ca p ab ilit y   o f   A r d u in o   U n o   v s .   FP G A     A r d u i n o   U n o   [ 1 ]   F P G A   f o r   S N M   ( p r o p o se d )   S e c u r i t y   f e a t u r e :   n o t   a v a i l a b l e   S e c u r i t y   f e a t u r e :   A EP I C   mu l t i - c o r e   H S M   C l o c k   f r e q u e n c y : 1 6   M H z   C l o c k   f r e q u e n c y :   1 0 0   M H z   On - c h i p   p o w e r   c o n su m p t i o n   i s   a r o u n d   0 . 3   w a t t s   u n d e r   t y p i c a l   c o n d i t i o n s   ( 5   V   a n d   6 0   mA )   On - c h i p   p o w e r   c o n su m p t i o n   0 . 5 4 2   w a t t s   D a t a   r a t e :   0 . 3   k b p s   t o   2 7   k b p s   D a t a   r a t e :   4 8 . 9   k b p t o   1 7 1 . 3   k b p s   a t   V i r t e x - 7       4.   CO NCLU SI O N   T h is   w o r k   d e m o n s tr ated   th s u cc e s s f u in te g r atio n   o f   i n n o v ativ tec h n o lo g ies  to   s u p p o r SDG  9   th r o u g h   th d e v elo p m e n o f   a n   HSM   f o r   a n   SNM  ap p licatio n   w it h i n   C P S.  B y   e m p lo y in g   an   A E P I C   ap p r o ac h   an d   u ti lizi n g   a   m u lt i - co r HS b ased   o n   E C C ,   t h p r o p o s ed   s o lu tio n   ef f ec ti v el y   m ee ts   th d e m an d s   o f   lar g e - s ca le  d ata  an al y tics .   T h u s e   o f   A lp h a,   Alv eo ,   Kin tex ,   P ico ,   an d   Vir tex   FP GAs  en s u r es  ad ap tab ilit y   an d   s ca lab ilit y ,   e n ab lin g   o p ti m ize d   p er f o r m an ce   r eg ar d i n g   b ig   d ata  ag g r eg atio n   f o r   SNM  ap p licatio n s .   Am o n g   th at,   Vir te x - 7   h as  t h b est  ap tn es s   f o r   1 0 0   MH cl o ck   f r eq u en c y   a n d   4 8 . 9   k b p s   to   1 7 1 . 3   k b p s   d ata  r ate.   Fu t u r w o r k   w ill  f o cu s   o n   v alid atin g   th HSM  ag ai n s v ar io u s   s id e - c h an n el  an d   c y b e r s ec u r it y   attac k s   to   en s u r r o b u s p r o tectio n .   A d d itio n all y ,   ad d r ess i n g   th r ea l - w o r ld   i m p ac t   o f   t h al g o r it h m   i n cl u d es  p o ten tia en er g y   s a v in g s   an d   en h a n ce m en ts   i n   s ec u r it y .       F UNDIN G   I NF O RM AT I O N   Au t h o r s   s tate  n o   f u n d i n g   i n v o l v ed .       AUTHO CO NT RIB UT I O NS ST A T E M E NT   T h is   j o u r n al  u s e s   th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   to   r ec o g n ize  in d i v id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au t h o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co lla b o r atio n .       Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   B.   Mu th u   Nis h a                               J.   Selv ak u m ar                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y si s   I     I n v e st i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i si o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au t h o r s   s tate  n o   co n f lic t o f   i n t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   Data   av ailab ilit y   is   n o ap p licab le  to   th is   p ap er   as  n o   n ew   d ata  w er cr ea ted   o r   an aly ze d   in   th i s   s tu d y .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.