#hardware extension

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👥 作者: Alessandra Dolmeta, Valeria Piscopo, Michael Hutter, Maurizio Martina, Guido Masera

本文提出了一种名为HORCRUX的紧凑型RISC-V扩展,用于支持后量子密码学(PQC)。该扩展提供统一的指令集扩展(ISE),支持所有NIST批准的PQC算法(如ML-KEM、ML-DSA、SLH-DSA、HQC和Falcon)。HORCRUX旨在解决受限环境中密码敏捷性、高性能和低资源消耗之间的折中问题,这是通常仅关注有限PQC子集的硬件扩展所缺乏的。通过针对共享内核(如哈希、格和编码基元),该扩展引入了新的RISC-V指令,并由一个资源高效的紧耦合协处理器执行。架构针对具有严格能源预算和面积限制的嵌入式系统进行了优化。在Zynq UltraScale+ FPGA上的实验评估显示,对于基于哈希的方案加速比达129倍,基于格的方案达9倍,基于编码的方案达27倍,而额外资源开销少于21k LUT和4.4k FF。此外,还报告了65 nm CMOS工艺的综合后ASIC结果,以及严格的功耗表征,以验证架构的能效。该扩展的模块化结构保持了与标准RISC-V内核的后向兼容性,为在受限嵌入式系统上部署PQC提供了可扩展的解决方案。

💡 推荐理由: 该研究对于需要长期安全性的嵌入式系统(如物联网设备)至关重要,因为量子计算机可能破解现有公钥密码。HORCRUX使得现有RISC-V平台能高效迁移到后量子密码,同时保持低功耗和小面积。

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