用于 Kyber 的数论变换的高效算法级错误检测：在 FPGA 和 ARM 上的评估
密码学与安全
2024-09-20 v2
摘要
在后量子密码系统的开发中，多项式乘法是一种要求极高的算术过程。数论变换的重要性不仅限于后量子密码系统，它还在增强数字签名方案和哈希函数等现有安全协议方面具有重要价值。CRYSTALS-KYBER 是美国国家标准与技术研究院 (NIST) 在第三轮选拔中选定的唯一公钥加密 (PKE) 算法，使其被高度评价为领先的后量子密码 (PQC) 解决方案。由于错误有可能严重破坏安全、受密码保护的系统的运行，损害数据完整性，且为了防范由故障引发的侧信道攻击，必须引入缓解性的错误检测方案。本文在采用负包裹卷积的 NTT 乘法和为 Kyber 第三轮定制的 NTT 中引入了算法级故障检测方案，相较于先前的研究有显著提升。我们通过模拟故障模型对此进行评估，确保所进行的评估准确反映了所得结果。因此，我们实现了非常全面的错误覆盖率。此外，我们在 FPGA 上评估了针对负包裹卷积的高效错误检测方案的性能，以展示其实际实现与资源需求。通过在 Xilinx/AMD Zynq Ultrascale+ 和 Artix-7 上实现我们的错误检测方法，与原始硬件实现相比，我们取得了相当的吞吐量，面积仅增加 9%，延迟仅增加 13%。最后，对于 Kyber 第三轮中的 NTT 操作，我们在 Cortex-A72 处理器上实现了接近 100% 的错误检测率，时钟周期开销为 16%。
引用
@article{arxiv.2403.01215,
title = {Efficient Algorithm Level Error Detection for Number-Theoretic Transform used for Kyber Assessed on FPGAs and ARM},
author = {Kasra Ahmadi and Saeed Aghapour and Mehran Mozaffari Kermani and Reza Azarderakhsh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.01215},
year = {2024}
}