轻量统一SHA-3/SHAKE架构与抗故障状态设计
硬件体系结构
2025-12-04 v1
摘要
哈希函数已成为后量子密码学(PQC)标准方案的关键组成部分，尤其是SHA-3和SHAKE，亟需轻量级实现。抗故障设计始终可取以确保整个PQC系统的可靠性。因此，我们提出a)一个支持SHA-3和SHAKE的统一哈希引擎，遵循所谓的Keccak状态的逐字节原地划分机制，以及b)利用Keccak状态立方体结构部署二维奇偶校验的相应故障检测，用于Keccak状态保护。该方案在竞争性的寄存器级故障检测下优于现有技术，在面积需求方面表现优异，实现对三个Keccak状态故障100%检测，对更高数量故障仍接近100%检测。与现有方案不同，所提出的统一哈希引擎覆盖所有标准哈希配置。此外，引入的多维交叉奇偶校验机制在面积开销上实现3.7倍提升，整体抗故障引擎设计缩小4.5倍，ASIC和FPGA实现已验证。将该统一哈希引擎集成到RISC-V环境中，集成抗故障机制引入的面积开销不足8%。本方法为保护部署在资源受限PQC应用中的哈希函数提供了鲁棒且轻量的故障检测方案。
引用
@article{arxiv.2512.03616,
title = {Lightweight Unified Sha-3/Shake Architecture with a Fault-Resilient State},
author = {Christian Ewert and Amrit Sharma Poudel and Mouadh Ayache and Andrija Neskovic and Rainer Buchty and Mladen Berekovic and Sebastian Berndt and Saleh Mulhem},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.03616},
year = {2025}
}
备注
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