后量子密码CRYSTALS-Kyber的FPGA多路并行优化实现

摘要：

在基于格的后量子密码中,多项式乘法运算复杂且耗时,为提高格密码在实际应用中的运算效率,提出了一种后量子密码CRYSTALS-Kyber的FPGA多路并行优化实现.首先,描述了Kyber算法的流程,分析了NTT、INTT及CWM的执行情况.其次,给出了FPGA的整体结构,采用流水线技术设计了蝶形运算单元,并以Barrett模约简和CWM调度优化,提高了计算效率.同时,放置32个蝶形运算单元并行执行,缩短了整体计算周期.最后,对多RAM通道进行了存储优化,以数据的交替存取控制和RAM资源复用,提高了访存效率.此外,采用松耦合架构,以DMA通信实现了整体运算的调度.实验结果和分析表明,所提方案可在44、49、163个时钟周期内完成NTT、INTT及CWM运算,优于其他方案,具有较高的能效比.

关键词：后量子密码;CRYSTALS-Kyber;现场可编程门阵列;数论变换;多项式乘法;蝶形运算

所属期刊栏目：43

分类号：TP309(计算技术、计算机技术)

资助基金：国家重点研发计划;国家重点研发计划;国家自然科学基金

在线出版日期：2022-03-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：196-207