Crystal-Kyber算法的FPGA高效并行优化

作     者：吕顺森 李斌 翟嘉琪 李松岐 周清雷 LÜShun-sen;LI Bin;ZHAI Jia-qi;LI Song-qi;ZHOU Qing-lei

作者机构：郑州大学计算机与人工智能学院河南郑州450001 数字工程与先进计算国家重点实验室河南郑州450001 

基　　金：国家自然科学基金(No.61702518) 

出 版 物：《电子学报》 (Acta Electronica Sinica)

年 卷 期：2024年第52卷第5期

页      码：1679-1689页

摘      要：多项式乘法运算制约着基于格的后量子密码在现实中的应用.为提高后量子密码Crystal_Kyber算法的性能效率,减少运行时间,降低多项式乘法的影响,本文设计了一种新的蝶形运算单元对素模q=3329的Kyber方案进行优化.首先,采用16路并行调度新型蝶形运算单元的方式执行算法,缩短了计算周期;其次,使用流水线技术以及改进的K2RED算法,设计实现新型蝶形运算单元,用于降低资源消耗;最后,利用多RAM的方式存储数据,并且多通道优化RAM,允许数据交替存储在RAM中,提高资源复用率.实验结果表明,本文优化后的数论变换(Number Theoretic Transform,NTT)、逆数论变换(Inverse NTT,INTT)、点对位相乘(Point-Wise Multiplication,PWM)的效率达到200 MHz,合并执行Kyber效率达到175 MHz,优于其他方案,具有良好的性能.

主 题 词：后量子密码 Crystal-Kyber K2RED 蝶形运算 多项式乘法 硬件效率 

学科分类：08[工学] 0835[0835] 081202[081202] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.12263/DZXB.20220523

馆 藏 号：203127796...