随着信息技术和计算机技术的飞速发展,人们对信息安全的要求变得更加严苛。为了摆脱对国外技术和产品的过度依赖,加强自主的行业信息安全,基于国密算法的安全芯片应运而生。而国密算法中的SM2算法在非对称公钥密码算法中,其算法性能、秘钥强度和存储空间等多方面都具有很大优势,因此研究基于国密SM2算法的硬件实现具有重要意义。本论文基于国密SM2算法,实现了加密、解密和数字签名验证的硬件设计。论文的主要工作有:1、设计了SM2加密解密和数字签名验证硬件电路的系统设计方案,包括系统组成结构、模块划分、I/O接口定义和地址映射。2、设计了SM2加密解密和数字签名验证硬件电路中的关键模块。其中,SM2流程控制模块包括控制主流程、加密流程、解密流程和数字签名验证流程的状态机设计,以及加密、解密和数字签名验证流程中用到的K-point计算流程和SM3＿ctrl流程的状态机设计;任务管理模块通过任务-步（task-step）机制管理可重用的SM2运算和基本算术运算的执行,高效完成加密、解密和数字签名验证所需的数据运算;蒙哥马利模乘运算模块采用基于字的蒙哥马利算法来实现模幂单元,设计中采用流水线技术,并设计了可配置的流水线级数（1-7级）,满足不同客户对芯片面积（硬件开销）和加密解密以及数字签名验证的速度（数据的吞吐率）要求。3、制定了SM2加密解密和数字签名验证硬件电路的验证计划。基于Makefile脚本、System Verilog语言和UVM通用验证方法学搭建了仿真验证平台,对硬件设计进行了功能验证,功能仿真结果和系统覆盖率表明了设计的有效性。