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车规计算芯片的后量子密码学硬件实现优化.docx
资料介绍
车规计算芯片的后量子密码学硬件实现优化
一、格基密码的硬件计算特征
后量子密码学（PQC）中的主流算法——CRYSTALS-Kyber（密钥封装）和CRYSTALS-Dilithium（数字签名）——都属于格基密码（Lattice-based Cryptography）。格基密码的计算核心是 多项式乘法——在两个n次多项式环上的乘法运算，其中n通常为256或512。多项式乘法在软件中的实现需要O(n²)次标量乘法，在硬件中通过 数论变换（NTT） 可降低至O(n·log n)。
NTT的核心操作是Cooley-Tukey蝶形运算——类似于FFT，但针对整数环而非复数域。每个蝶形运算执行：a' = a + w·b，b' = a - w·b（模q），其中w是预计算的旋转因子。车规PQC加速器中的NTT引擎采用 流水线蝶形阵列 结构——同时处理多路蝶形运算将NTT吞吐量提升至每时钟周期数蝶。整个NTT（n=256）的完成延迟控制在数百个时钟周期——比纯软件实现快数十倍。
二、PQC算法的内存优化策略
PQC算法的大内存需求对车规芯片有限的片上存储资源构成挑战。Dilithium签名需要存储约2.5KB的签名数据和1.3KB的公钥——相比ECC的64字节签名和32字节公钥增长了数十倍。Kyber密钥封装的密文也约768字节。PQC计算过程中的中间结果——多项式向量、掩码数据和哈希状态——需要额外的临时缓冲区，总内存需求通常在数十KB级别。
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| 110-车规计算芯片的后量子密码学硬件实现优化.docx | 38K |
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