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to Opentitan上的ML-KEM和ML-DSA
摘要。本文介绍了旨在实现基于高性能晶格的加密术的Opentitan硬件根源的扩展。我们首先优化ML-KEM和ML-DSA（NIST选择标准化的两种主要算法）在针对Opentitan Big Number（OTBN）加速器的软件中。基于这些实现的分析结果，我们提出了与OTBN的紧密集成扩展，特别是从OTBN到Opentitan到Opentitan的Keccak Accelerator（KMAC Core）的接口（KMAC Core），并向OTBN ISA扩展以支持256位矢量的操作。我们在硬件中实现了这些扩展，并表明与未修饰的OTBN的基线实现相比，ML-KEM和ML-DSA的不同操作和参数集的速度在6到9之间。在OTBN中，细胞计数的增加不到12％，这一加速度的增加，这对应于整个Earlgrey Opentitan核心的增加不到2％。
使用指令集扩展器在Opentitan大数字加速器上加速了Quantum加密的加速度
量子计算的即将来临的威胁正在与物联网（IoT）的扩散一起前进。在无处不在的计算和不断发展的安全风险时代，量词后加密术正在成为一种关键的保障措施，可能很快变得必不可少。Opentitan于2024年2月发布了Opentitan的第一个开源硅芯片，标志着安全和值得信赖的硬件的重大突破[26]。安全性是Opentitan项目的一个基本方面，该平台配备了自定义加密协调员Opentitan Big Number Gumber Accelerator（OTBN）。理想地适合集成到IoT设备中，在优化otbn对量子后加密术的优化中仍然存在挑战。我们提出了8个新指令，以加速Kyber数理论变换和OTBN上的理论变换，并将它们集成到优化的实现中。我们证明，对于数量理论变换的基线实现，在基线实现上的性能改善因子为21.1倍，其反向的性能改善因子为24.3倍。通过硬件/软件共同设计，我们的方法完全利用了并行性的潜力，最大程度地利用了OTBN的现有功能，并向平台提出了一些适度的硬件修改。
通过硬件/软件共同设计在开源硅平台上核心后加密量的加速
摘要。Quantum加密（PQC）算法目前正在标准化，并且它们的早期实施效率不如成熟的公共密钥密码学（PKC）算法，这些算法从数十年的优化中受益。我们报告了加速数量理论变换（NTT）的努力，这是Kyber（ML-KEM）（ML-KEM）和二硫思军（ML-DSA）PQC算法中最昂贵的原始原始性。我们的目标平台是Opentitan Big Number Accelerator（OTBN），这是第一个开源硅芯片芯片的一部分。我们仅使用现有说明在OTBN组装中实现了Kyber NTT，并确定了其瓶颈。然后，我们对代码进行了重组，以利用Parlelism，并为开源协作处理器定义了其他汇编指令，以实现我们的矢量插入。我们的硬件/软件共同设计方法产生了重大的性能：NTT的运行速度比仅使用OTBN现有说明的基线实现快21.1倍。我们的方法充分利用了并行性的潜力，并最大程度地说明了OTBN的现有能力。我们的一些优化是相当笼统的，可能会成功地应用于其他上下文，包括在其他平台上加速其他算法。