文档名：基于2KNTT的多项式乘法单元设计
摘要：在格基抗量子公钥密码算法的基础运算中,多项式乘法在硬件实现上消耗大量的时间.为提高实际运算性能,本文通过分析多项式乘法运算中数论变换的快速实现算法,提出一种面向CRYSTALS-Kyber算法、适应硬件实现的2n次单位根预处理型快速数论变换算法架构,利用小位宽数论变换的并行处理与复杂度低的计算形式来减少运算时间.整体运算架构在结合算法特殊性质后,确定了32路并行的设计模型.在此基础上,设计了一种与该架构匹配的统一化运算单元和数据读写不冲突、地址分配最优的存储单元.实验结果表明,在65nm的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺下,97ns完成一组项数为256、模数为3329的多项式乘法运算,花费108个周期,最高工作频率可达到1.1GHz,面积时间积为20.7(kGE×μs).
Abstract：PolynomialmultiplicationconsumesalotoftimeinhardwareimplementationintheunderlyingoperationsofLattice-basedpost-quantumpublic-keycryptographyalgorithms.ThepaperanalyzesthefastimplementationofnumbertheoretictransformalgorithminpolynomialmultiplicationoperationsforCRYSTALS-Kyberandproposesa2n-thunitrootpreprocessingfastnumbertheoretictransformalgorithmarchitecturethatadaptstothehardwareimplementation.Inordertoreducecomputingtime,thearchitectureusesparallelprocessingofsmallbit-widthnumbertheoretictransformationandlow-complexitycomputations.Takingintoaccountthecharacteristicsofthealgorithm,theoverallcomputingarchitectureadoptsa32-wayparalleldesignmodel.Basedonthis,wedesignaunifiedcomputingunitthatmatchesthearchitectureandastorageunitwithnon-conflictingmechanismwhilereadingorwritingdataandoptimaladdressassignment.UndertheCMOS65nmprocess,asetofpolynomialmultiplicationoperationswithtermnumber256andmodulus3329canbecom-pletedin108cycleswithin97ns.Themaximumoperatingfrequencycanreach1.1GHz,andtheareatimeproductis20.7(kGE×μs).
作者：陈韬 李慧琴 吴艾青 李伟 南龙梅Author：CHENTao LIHui-qin WUAi-qing LIWei NANLong-mei
作者单位：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学,河南郑州450000
刊名：电子学报
Journal：ActaElectronicaSinica
年，卷(期)：2024, 52(2)
分类号：TN402TP309
关键词：格基抗量子公钥密码算法 CRYSTALS-Kyber 多项式乘法 2KNTT 硬件实现
Keywords：Lattice-basedpost-quantumpublic-keycryptography CRYSTALS-Kyber polynomialmultiplication 2KNTT hardwaredesign
机标分类号：TN918TP391.41TN432
在线出版日期：2024年4月19日
基金项目：基于2KNTT的多项式乘法单元设计[
期刊论文] 电子学报--2024, 52(2)陈韬 李慧琴 吴艾青 李伟 南龙梅在格基抗量子公钥密码算法的基础运算中,多项式乘法在硬件实现上消耗大量的时间.为提高实际运算性能,本文通过分析多项式乘法运算中数论变换的快速实现算法,提出一种面向CRYSTALS-Kyber算法、适应硬件实现的2n次单位根预...参考文献和引证文献
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