#sqisign

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👥 作者: Weize Wang, Chutong Wang, Yu Wu, Qifan Xue, Jieyu Zheng, Yunlei Zhao

该论文针对现代同源密码系统(如 SQIsign)在有限域、椭圆曲线和高维同源运算中大量计算开销的问题,提出了一种通过暴露 SIMD 并行性来加速的方法。传统做法尝试直接向量化域乘法,但受限于 Montgomery 梯子等循环依赖结构以及点运算、配对和 theta 坐标公式中不规则的细粒度并行性,效果有限。作者的关键洞察是:不应孤立地向量化域乘法,而应重新组织更高层原语的算术依赖图,从而恢复大量 SIMD 并行。他们基于 AVX-512IFMA 指令集实现了 SQIsign 的端到端优化,在大部分曲线侧计算中保持数据处于基为 2^51 的向量表示。具体优化包括:投影坐标下的 xDBLADD 调度、多种坐标系中的批量点倍、向量化双标量阶梯、融合立方运算的配对步骤,以及批量的一维和二维同源求值。与参考 C 实现相比,在 NIST level I 参数下,密钥生成、签名和验证分别获得 1.76 倍、1.71 倍和 3.18 倍的端到端加速;结合 Qlapoti 后,密钥生成和签名加速比进一步提升至 2.90 倍和 2.69 倍。此外,作者将相同的方法应用于 CORAL——一种基于二维 2-同源的近期后量子非交互密钥交换方案,在五组参数下,密钥生成实现 1.28–1.40 倍加速,共享密钥计算实现 1.92–2.46 倍加速。这些结果提供了跨方案证据,表明算法级 SIMD 调度是高维同源密码学中可复用的优化维度。适合对后量子密码实现性能优化、SIMD 并行编程以及同源密码算法加速感兴趣的密码工程研究人员阅读。

💡 推荐理由: 该研究展示了针对同源后量子密码的实用性能优化方向,对推动 SQIsign、CORAL 等方案的实际部署有积极意义;但作为算法实现优化,不涉及漏洞或攻击,安全从业者可将其视为性能情报参考。

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