本文是系列论文的第6篇,专注于后量子密码中基于数论变换(NTT)的掩码硬件的形式化验证。此前,布尔掩码的组成理论(如NI、SNI、PINI)已成熟,但素数域Z_q上的算术掩码(NTT后量子密码的基础)缺乏类似理论。本文首次提出了素数域上算术掩码的机器检查组合定理。核心洞察是“更新论证”(renewal argument):在两个流水线阶段之间施加一个新鲜随机掩码时,中间线变得完全均匀,与第一阶段的安全参数无关。具体地,对于两个PF-PINI gadget(参数为k1和k2),如果组合时使用新鲜掩码,则两级流水线满足PF-PINI(k2),第一阶段的多重性被完全消除;若没有新鲜掩码,中间线的多重性可达k1,为差分功率分析(DPA)创造必要条件。作者在Lean 4中形式化了两个定理,包含18个机器检查的证明,无任何“sorry”存根。他们还正式建立了Barrett约简的代数模型与硬件忠实模型之间的桥梁,并将定理实例化,用于诊断微软的Adams Bridge PQC加速器:缺乏级间新鲜掩码导致Barrett输出线在一阶探测模型下非均匀,这与两个独立的实证分析[3,4]及他们先前的结构分析[1]发现的架构缺陷一致。计算证据进一步表明,“1位屏障”(1-Bit Barrier)在Barrett和Montgomery约简中是普遍存在的。该工作为后量子密码掩码的形式化验证提供了关键理论基础,直接揭示了实际PQC硬件中的设计漏洞。
💡 推荐理由: 首次为素数域算术掩码提供机器验证的组合定理,填补了后量子密码中NTT掩码形式化理论的关键空白,并直接暴露了微软Adams Bridge PQC加速器中因缺失级间新鲜掩码而导致的侧信道漏洞,对后量子密码硬件安全验证具有里程碑意义。
🎯 建议动作: 研究跟进:建议后量子密码硬件设计团队评估该形式化方法,并将其集成到安全验证工具链中。