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南京大学
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后量子签名算法LMS的IP与解决方案设计

2024-03-06 14:30:25
云上高博会 https://heec.cahe.edu.cn
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所属领域:
新一代信息技术
项目成果/简介:

1. 痛点问题

随着量子计算机的飞速发展,目前广泛使用的传统加密、签名算法的安全性受到了严峻的挑战。基于大整数因式分解困难与计算离散对数困难的加密、签名算法在量子计算机的辅助下变得不再安全、易受攻击。因此,针对量子计算机的加密系统设计变得十分迫切。

能够抵抗量子计算机攻击的加密、签名算法被称为后量子加密、签名算法,此类算法在国内外正受到广泛的研究。其中基于哈希的签名方案(HBS)是各类后量子签名方案中最有潜力的类别之一。LMS(Leighton-Micali Signature)是HBS最有代表性的方案之一,已由美国国家标准与技术研究院(NIST)与国际互联网工程任务组(IETF)批准使用,具有广泛的应用前景。但LMS的运行效率与速度都很低,是限制其推广应用的主要瓶颈之一。

2. 解决方案

国内对LMS的研究还比较少,本团队是国内首批研究后量子加密与签名的团队之一,也是最早针对LMS方案进行深入且全面研究的团队。本团队对LMS的硬件加速方案进行研究,利用算法内在的并行性设计出合适的高并行处理架构,对LMS的密钥生成、签名与验签都进行了硬件加速实现,获得了2-3个数量级的性能提升。

效益分析:

1) 设计辅助硬件设计的算法优化。根据LMS参数集的特点,归纳规律,设计适合的哈希并行度,在保证加速效果的前提下使得硬件架构能够兼容各个参数配置;

2) 设计灵活且高硬件利用率架构。将密钥生成与签名模块合二为一复用计算核心,节省硬件资源消耗;

3) 计算与存储合理调度。使用外接存储将Merkle树的中间节点数据全部储存下来,在签名时避免由数据重算导致的巨大延迟。

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