后量子密碼芯片研究取得重大突破,論文入選ISSCC 2022和CHES 2022
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近期,國際固態(tài)電路頂級會議ISSCC 2022和密碼硬件頂級會議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NIST即將標準化的后量子密碼算法帶來的計算存儲開銷大,算法類型多樣且多變等問題,提出了一種混合計算陣列架構(gòu),極大緩解了密碼算法中引入位置隨機性、大規(guī)模多項式乘法等造成的計算瓶頸;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實現(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)致并行實現(xiàn)時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,提出了一種可擴展的基于交織存儲系統(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”,針對后量子密碼簽名算法Dilithium計算復(fù)雜、存在多個獨特函數(shù),導(dǎo)致其現(xiàn)有硬件架構(gòu)面積大且計算效率低的問題,提出了一個高效緊湊的硬件架構(gòu),是全球首個同時支持三個安全等級密鑰生成、簽名、驗簽的Dilithium算法硬件架構(gòu),與同類平臺最新實現(xiàn)的最高安全等級相比,僅使用70%的LUTs、73%的FFs、33%的BRAMs、22%的DSPs資源,分別對密鑰生成、簽名、驗簽達到了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)電路會議),是世界學(xué)術(shù)界和企業(yè)界公認的集成電路設(shè)計領(lǐng)域最高級別會議,被認為是集成電路設(shè)計領(lǐng)域的“奧林匹克大會”。世界上第一個TTL電路、世界上第一個8位微處理器、世界上第一個1Gb的DRAM、世界上第一個GHz微處理器、世界上第一個多核處理器等眾多集成電路歷史上里程碑式的發(fā)明都在該會議上首次披露。
CHES(Cryptographic Hardware and Embedded Systems,密碼硬件與嵌入式系統(tǒng)會議)是國際密碼協(xié)會(IACR)主辦的密碼芯片和物理安全方向的頂級學(xué)術(shù)會議,也是IACR工業(yè)界重點關(guān)注的大會之一。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。