تسریع زمان اجرای الگوریتم رمزنگاری پساکوانتوم Crystals-Kyber روی FPGA

کامپیوترهای کوانتومی توان محاسباتی خیلی بیشتری نسبت به کامپیوترهای کلاسیک دارند و این مسیله باعث ایجاد چالش در حوزه رمزنگاری کلید عمومی شده است، به طوری که پیش بینی می شود در آینده کامپیوترهای کوانتومی به اندازه ای قدرتمند شوند که بتوانند الگوریتم های رمزنگاری کلید عمومی را بشکنند. به منظور حل این مشکل NIST یک فراخوانی را برای رمزنگاری پساکوانتوم منتشر کرد. یکی از الگوریتم های راه یافته به دور سوم، الگوریتم CRYSTALS-KYBER است. در این الگوریتم با بهینه سازی واحد NTT می توان زمان اجرا را کاهش داد. در حالت عادی پیاده سازی NTT، با پایه دو صورت گرفته ولی در روش پیشنهادی از پایه چهار استفاده شده است و این امر باعث کاهش زمان اجرا شده است. برای پیاده سازی NTT با پایه چهار و متناسب با الگوریتم Kyber، لازم است تغییراتی در NTT رخ دهد. در ادامه واحد پروانه پایه دو با واحد پروانه پایه چهار مقایسه شده است. در واحد حافظه به منظور افزایش سرعت خواندن و نوشتن از هشت RAM استفاده شده که چهار عدد از آنها برای نوشتن و چهار عدد باقیمانده برای خواندن همزمان است. در بخش تولید آدرس، پیشتر آدرس ها به صورت دوتایی تولید می شد ولی در روش پیشنهادی به صورت چهارتایی تولید می شود و همچنین لازم است در پارامترهای NTT اصلاحاتی انجام شود که برای پیاده سازی روی Kyber مناسب باشد. در ادامه، روش پیشنهادی روی دو تراشه FPGA، Artix-7 و Virtex-7 با استفاده از نرم افزار Vivado پیاده سازی شده است که در ازای افزایش جزیی منابع موردنیاز، زمان اجرا در Artix-7 در مقایسه با پیاده سازی های مشابه 28.74 درصد و 12.34 درصد کاهش یافته است.