抗量子密码芯片——跨数学难题的动态重构架构设计
相关技术成果“软件定义密码芯片关键技术”获2021年中国电子学会技术发明一等奖;团队提出的高性能多项式计算架构是中国大陆在密码硬件**会议CHES上发表的第一篇抗量子攻击密码硬件论文;团队研发的两款抗量子攻击密码芯片分别被固态电路领域旗舰会议ISSCC2022和ISSCC2024接收,其中发表在ISSCC2022上的芯片是全球第一款公开发表的、可支持多种不同数学困难问题的抗量子攻击密码芯片。

作者:刘雷波,朱文平,朱益宏,魏少军

丛书名:集成电路科学与技术丛书

定价:99元

印次:1-1

ISBN:9787302690559

出版日期:2025.05.01

印刷日期:2025.05.06

图书责编:盛东亮

图书分类:零售

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"抗量子密码芯片是实现传统公钥密码向抗量子攻击密码体系过渡、实现量子计算时代数据与信息安全的基础。本书首先在对抗量子密码算法概念与标准化进展进行介绍的情况下,阐述抗量子攻击密码芯片的设计挑战与研究现状。随后,在对主流抗量子密码算法进行介绍的基础上,分别在计算架构、运算电路、编译技术与物理安全防护等角度讨论如何设计实现兼顾能量效率、功能灵活性与物理安全性的抗量子密码芯片。最后,本书对未来抗量子密码芯片设计领域出现的高能效计算、面向安全设计等新的技术方向进行了展望与分析。 本书面向信息安全、密码芯片与物理安全专业领域的本科生、研究生阅读,同样适用于相关领域的技术从业人员参考。"

"刘雷波,清华大学长聘教授、博士生导师,教育部长江学者特聘教授,国家级一流本科课程负责人。长期从事软件定义芯片、硬件安全和密码芯片、VLSI数字信号处理等的研究工作。发表高水平论文300余篇、授权发明专利150余项(美国专利20余项)、撰写著作9部/译作4部、参与制定国家标准1项。;电子设计自动化领域**会议DAC的TPC委员,密码硬件领域**会议CHES的TPC委员,固态电路一流会议IEEE A-SSCC的大会主席等;中国密码学会密码芯片专委会副主任委员;ISO/IECJTC1/SC27 国际标准注册专家。获国家技术发明二等奖、中国专利金奖、教育部技术发明一等奖、中国电子学会技术发明一等奖、世界互联网大会15项世界互联网领先科技成果等科技奖励。主持3门课, 获首批国家级一流本科课程、清华大学本科生精品课、北京市青年教师教学竞赛一等奖、清华大学青年教师教学竞赛一等奖、清华大学青年教师教学优胜奖、MOOC教学先锋奖等多个教学奖励。所负责的大规模网络开放课程(MOOC)入选首批教育部高校在线教学国际平台。"

前言   密码事关政治、经济、国防和信息安全,是保护党和国家根本利益的国之重器。近年来,量子计算机技术飞速发展,对传统的公钥密码算法及协议体系的安全性造成了颠覆性的影响,与经典计算机兼容、具备抵抗量子计算攻击能力的抗量子密码应运而生。2016年,美国国家标准与技术研究院(NIST)率先启动了抗量子密码算法竞赛,经过三轮评选,NIST选定了4种抗量子公钥密码算法进行标准化,并在持续征集新的密码算法。2018年,中国密码学会启动了全国密码算法设计竞赛,并于2020年1月公布了获胜的抗量子密码算法; 2025年,我国商用密码标准研究院发起了新一代商用密码算法征集活动,来推动我国抗量子密码算法的标准化建设。欧盟、英国、澳大利亚、日本等国家和地区也在积极推动抗量子密码算法的标准化工作。随着抗量子密码算法标准的陆续发布,世界各主要国家也已经启动了抗量子密码算法的迁移工作,为应对量子计算机带来的巨大安全威胁做准备。   2006年起,著者团队开始研究动态可重构计算芯片。2009年,我们尝试基于动态可重构技术开展密码处理器设计,经过6~7年的努力,研制出能够兼顾能量效率、功能灵活性和物理安全性的密码处理器芯片,这是其他传统技术方案难以实现的。2017年,我们对这项研究工作进行了总结,撰写了《可重构计算密码处理器》一书,并得以出版,随后,该书的英文版Reconfigurable Cryptographic Processor在施普林格出版社出版。2019年,我们对这项知识产权进行了转化,创立了无锡沐创集成电路设计有限公司,依托该公司,我们实现了技术的产业化应用,目前,无锡沐创...

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第1章绪论

1.1抗量子攻击密码概述

1.1.1抗量子密码的产生背景

1.1.2抗量子密码算法的标准化现状

1.1.3抗量子密码迁移的紧迫性

1.2标准化过程中的抗量子密码硬件加速技术

1.2.1指令驱动的通用处理器实现

1.2.2可编程逻辑器件FPGA

1.3抗量子密码芯片的需求与挑战

参考文献

第2章抗量子密码算法

2.1基于格的抗量子密码算法

2.1.1密码算法介绍

2.1.2算法计算特性分析

2.2基于编码的抗量子密码算法

2.2.1密码算法介绍

2.2.2算法计算特性分析

2.3基于哈希的抗量子密码算法

2.3.1“SPHINCS+”算法

2.3.2算法计算特性分析

2.4其他抗量子密码算法

2.4.1基于超奇异同源的抗量子密码算法及特性分析

2.4.2基于多变量的抗量子密码算法及特性分析

2.5密码核心功能的高效实现算法

2.5.1高效乘Karatsuba算法

2.5.2高效乘TOOMCOOK算法

2.5.3高效乘NTT算法

2.5.4扩展欧几里得求逆算法

参考文献

第3章抗量子密码芯片架构

3.1抗量子密码芯片设计空间

3.2基于指令集扩展的抗量子密码芯片架构

3.2.1MIT Sapphire

3.2.2TUM RISQV

3.3面向特定算法的全定制硬件加速架构

3.3.1面向基于格的密码算法的全定制硬件设计

3... 查看详情

本书面向信息安全、密码芯片与物理安全专业领域的本科生、研究生阅读,同样适用于相关领域的技术从业人员参考。

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