中文标题：面向格密码的高面积效率基-4 NTT硬件架构与无访存冲突优化设计

英文标题：High Area-efficiency Radix-4 NTT Hardware Architecture with Conflict-free Memory Access Optimization for Lattice-based Cryptography

来源期刊：电子与信息学报

基金项目：国家重点研发计划“微纳电子技术”重点专项(2023YFB4403500)

作  者：郑集文 赵石磊 张子悦 刘志伟 于斌 黄海

作者单位：哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院，哈尔滨，150080

摘  要：针对格基后量子密码(PQC)算法中基-2数论变换(NTT)计算效率较低以及原位计算内存访问模式复杂的问题，该文提出一种高面积效率的基-4 NTT硬件设计。首先，介绍了负包裹卷积方法的运算流程及适用条件，在此基础上提出了一种恒定几何(CG)结构的低计算复杂度基-4 NTT/INTT算法。其次，深入分析不同PQC算法中模数的共性特征，设计了基于K²-RED约简的可扩展模乘单元。最后，通过优化存储器与蝶形单元之间的数据分解与重组，提出一种基于顺序循环和阶梯循环访存的读写地址生成方案，实现了高效的无访存冲突。与传统的乒乓存储模式相比，该方案可减少12.5%的存储空间。实验结果表明，在(项数,模数位宽)分别为(256, 13)、(256, 23)和(1024, 14)的3种配置下，该设计的面积-时间积(ATP)较现有方案分别降低56.4%、69.8%和50.3%以上，具有更高的面积效率。

全文链接： https://jeit.ac.cn/cn/article/doi/10.11999/JEIT250687