Crystal-Kyber算法的FPGA高效并行优化

文档摘要：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(NumberTheoreticTransform,NTT)、逆数论变换(InverseNTT,INTT)、点对位相乘(Point-WiseMultiplication,PWM)的效率达到200MHz,合并执行Kyber效率达到175MHz,优于其他方案,具有良好的性能.

Abstract：Polynomialmultiplicationoperationslimitthepracticalapplicationsoflattice-basedpost-quantumcryptog-raphy.Inordertoimprovetheperformanceandefficiencyofpost-quantumcryptographyCrystal_Kyberalgorithm,andre-ducetherunningtimeandreducetheinfluenceofpolynomialmultiplication,thispaperdesignsanewbutterflyoperationunittooptimizetheKyberschemewithprimemodulusq=3329.Firstofall,thealgorithmisexecutedby16-wayparallelschedulingofthenewbutterflyoperationunit,whichshortensthecalculationcycle.Secondly,usingpipelinetechnologyandimprovedK2REDalgorithm,thedesignandimplementationofanewbutterflyoperationunitforreducingresourcecon-sumption.Ultimately,thedataisstoredinthewayofmulti-RAM,andthemulti-channelRAMisoptimizedtoallowdatatobestoredalternatelyinRAMandimprovetheresourcereuserate.TheexperimentalresultsshowthattheoptimizedNTT(numbertheoretictransform),INTT(InverseNTT),PWM(point-wisemultiplication)efficiencyreaches200MHz,andthecombinedexecutionKyberefficiencyreaches175MHz,whichissuperiortootherschemesandhasgoodperformance.

作者：吕顺森   李斌   翟嘉琪   李松岐   周清雷 Author：LüShun-sen   LIBin   ZHAIJia-qi   LISong-qi   ZHOUQing-lei
作者单位：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郑州大学计算机与人工智能学院,河南郑州450001
刊名：电子学报 ISTICEIPKU
Journal：ActaElectronicaSinica
年，卷(期)：2024, 52(5)
分类号：TP313
关键词：后量子密码  Crystal-Kyber  K2RED  蝶形运算  多项式乘法  硬件效率  
Keywords：postquantumcryptography  Crystal-Kyber  K2RED  butterflyarithmetic  polynomialmultiplication  hardwareefficiency  
机标分类号：TP309TN919.81TP274.2
在线出版日期：2024年7月22日
基金项目：Crystal-Kyber算法的FPGA高效并行优化[
期刊论文]  电子学报--2024, 52(5)吕顺森  李斌  翟嘉琪  李松岐  周清雷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...参考文献和引证文献
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关键词：后量子密码,Crystal-Kyber,K2RED,蝶形运算,多项式乘法,硬件效率,

2024-10-3 23:14 上传 Crystal-Kyber算法的FPGA高效并行优化.pdf

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