后量子密碼芯片研究取得重大突破，論文入選ISSCC 2022和CHES 2022

量子位的朋友們 2021-10-26 09:27:04 來源：量子位

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近期，國際固態(tài)電路頂級(jí)會(huì)議ISSCC 2022和密碼硬件頂級(jí)會(huì)議CHES 2022公布了論文入選情況，沐創(chuàng)集成電路分別有1篇論文入選ISSCC 2022，2篇論文入選CHES 2022。

沐創(chuàng)集成電路在高性能密碼芯片領(lǐng)域有深厚的技術(shù)積累，本次入選的3篇論文是沐創(chuàng)集成電路與清華大學(xué)合作完成的，分別展示了公司在后量子密碼芯片和全同態(tài)技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果。

入選ISSCC 2022 的論文“A 28nm 48KOPS, 3.4uJ/Op Agile Crypto-Processor for Post-Quantum Cryptography on Multi-Mathematical Problems”，針對(duì)NIST即將標(biāo)準(zhǔn)化的后量子密碼算法帶來的計(jì)算存儲(chǔ)開銷大，算法類型多樣且多變等問題，提出了一種混合計(jì)算陣列架構(gòu)，極大緩解了密碼算法中引入位置隨機(jī)性、大規(guī)模多項(xiàng)式乘法等造成的計(jì)算瓶頸；并完成了全球首款支持基于不同數(shù)學(xué)問題算法的后量子芯片研發(fā)，與已有嵌入式后量子芯片比較，在支持更多算法的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了3.9x的能耗提升以及232x的速度提升。公司首席科學(xué)家劉雷波教授、CEO朱敏博士等是該論文的主要完成人。

入選CHES 2022 的論文“CFNTT: Scalable Radix-2/4 NTT Multiplication Architecture with an Efficient Memory Mapping Scheme”，針對(duì)在位數(shù)論變換（in-place NTT）中不規(guī)則的存訪模式導(dǎo)致并行實(shí)現(xiàn)時(shí)容易造成地址沖突問題，提出了一種高效而低開銷的無沖突地址映射方法，并基于該映射方法，提出了一種可擴(kuò)展的基于交織存儲(chǔ)系統(tǒng)的基2和基4 NTT乘法架構(gòu)，作為后量子密碼算法的加速引擎。論文提出的基4 NTT相對(duì)于基2 NTT乘法架構(gòu)在面積效率上大約有2.2倍的提升。公司首席科學(xué)家劉雷波教授、首席架構(gòu)師楊博翰博士后等是該論文的主要完成人。

入選CHES 2022 的論文“A Compact and High-Performance Hardware Architecture for CRYSTALS-Dilithium”，針對(duì)后量子密碼簽名算法Dilithium計(jì)算復(fù)雜、存在多個(gè)獨(dú)特函數(shù)，導(dǎo)致其現(xiàn)有硬件架構(gòu)面積大且計(jì)算效率低的問題，提出了一個(gè)高效緊湊的硬件架構(gòu)，是全球首個(gè)同時(shí)支持三個(gè)安全等級(jí)密鑰生成、簽名、驗(yàn)簽的Dilithium算法硬件架構(gòu)，與同類平臺(tái)最新實(shí)現(xiàn)的最高安全等級(jí)相比，僅使用70%的LUTs、73%的FFs、33%的BRAMs、22%的DSPs資源，分別對(duì)密鑰生成、簽名、驗(yàn)簽達(dá)到了4.4、1.7、1.4倍的加速。公司首席科學(xué)家劉雷波教授、北京分公司負(fù)責(zé)人王漢寧高工等是該論文的主要完成人。

關(guān)于ISSCC和CHES

ISSCC（IEEE International Solid-State Circuits Conference，國際固態(tài)電路會(huì)議），是世界學(xué)術(shù)界和企業(yè)界公認(rèn)的集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域最高級(jí)別會(huì)議，被認(rèn)為是集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的“奧林匹克大會(huì)”。世界上第一個(gè)TTL電路、世界上第一個(gè)8位微處理器、世界上第一個(gè)1Gb的DRAM、世界上第一個(gè)GHz微處理器、世界上第一個(gè)多核處理器等眾多集成電路歷史上里程碑式的發(fā)明都在該會(huì)議上首次披露。

CHES（Cryptographic Hardware and Embedded Systems，密碼硬件與嵌入式系統(tǒng)會(huì)議）是國際密碼協(xié)會(huì)（IACR）主辦的密碼芯片和物理安全方向的頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議，也是IACR工業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的大會(huì)之一。電磁分析攻擊、模板攻擊、相關(guān)性功耗分析、PRESENT算法、KATAN 算法等都是在CHES上被首次被提出的。