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Un diseño de hardware en tuberías de FNTT e INTT del algoritmo PQC CRYSTALS-Kyber

Autores: Rashid, Muhammad; Sonbul, Omar S.; Jamal, Sajjad Shaukat; Jaffar, Amar Y.; Kakhorov, Azamat

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Un diseño de hardware en tuberías de FNTT e INTT del algoritmo PQC CRYSTALS-Kyber


Categoría

Gestión y administración

Subcategoría

Gestión de la tecnología y la inovación

Palabras clave

Criptografía post-cuántica
Multiplicaciones polinómicas basadas en NTT
Algoritmo PQC CRYSTALS-Kyber
Diseño de unidad mariposa
Validación de FPGA
Rendimiento

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los algoritmos de criptografía post-cuántica (PQC) basados en redes requieren multiplicaciones polinómicas basadas en la transformada numérica teórica (NTT). La multiplicación de polinomios basada en NTT depende del cálculo de la transformada numérica teórica hacia adelante (FNTT) y la transformada numérica teórica inversa (INTT), respectivamente. Por lo tanto, este trabajo presenta una arquitectura unificada de acelerador de hardware NTT para facilitar las multiplicaciones polinómicas del algoritmo PQC CRYSTALS-Kyber. Además, se propone un diseño unificado de unidad mariposa de configuraciones Cooley-Tukey y Gentleman-Sande para implementar las operaciones FNTT e INTT utilizando un sumador, un multiplicador y un restador, compartiendo cuatro multiplexores de enrutamiento y una unidad de reducción modular basada en Barrett. La ruta crítica de la unidad mariposa propuesta se minimiza utilizando tuberías. Se implementa un controlador eficiente para las funcionalidades de control. Los resultados de la simulación después del paso de colocación y enrutamiento se proporcionan en dispositivos de matriz de puertas programables en campo Xilinx Virtex-6 y Virtex-7. Además, el diseño propuesto se implementa físicamente para validación en FPGA Virtex-7. El número de slices utilizados en los dispositivos Virtex-6 y Virtex-7 es de 398 y 312, el número requerido de ciclos de reloj para un conjunto de cálculos FNTT e INTT es de 1410 y 1540, y la frecuencia de operación máxima es de 256 y 290 MHz, respectivamente. La figura de mérito promedio (FoM), donde FoM es la relación de rendimiento a slices, ilustra un 62% mejor rendimiento que el diseño NTT más relevante de la literatura.

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