تسريع زمان اجراي الگوريتم رمزنگاري پساكوانتوم Crystals-Kyber روي FPGA

كامپيوترهاي كوانتومي توان محاسباتي خيلي بيشتري نسبت به كامپيوترهاي كلاسيك دارند و اين مسئله باعث ايجاد چالش در حوزه رمزنگاري كليد عمومي شده است، به طوري كه پيش‌بيني مي‌شود در آينده كامپيوترهاي كوانتومي به اندازه‌اي قدرتمند شوند كه بتوانند الگوريتم‌هاي رمزنگاري كليد عمومي را بشكنند. به منظور حل اين مشكل NIST يك فراخواني را براي رمزنگاري پساكوانتوم منتشر كرد. يكي از الگوريتم‌هاي راه يافته به دور سوم، الگوريتم CRYSTALS KYBER است. در اين الگوريتم با بهينه‌سازي واحد NTT مي‌توان زمان اجرا را كاهش داد. در حالت عادي پياده‌سازي NTT، با پايه دو صورت گرفته ولي در روش پيشنهادي از پايه چهار استفاده شده‌است و اين امر باعث كاهش زمان اجرا شده‌است. براي پياده‌سازي NTT با پايه چهار و متناسب با الگوريتم Kyber، لازم است تغييراتي در NTT رخ دهد. در ادامه واحد پروانه پايه دو با واحد پروانه پايه چهار مقايسه شده‌است. در واحد حافظه به منظور افزايش سرعت خواندن و نوشتن از هشت RAM استفاده شده كه چهار عدد از آنها براي نوشتن و چهار عدد باقيمانده براي خواندن همزمان است. در بخش توليد آدرس، پيشتر آدرس‌ها به صورت دوتايي توليد مي‌شد ولي در روش پيشنهادي به صورت چهارتايي توليد مي‌شود و همچنين لازم است در پارامترهاي NTT اصلاحاتي انجام شود كه براي پياده‌سازي روي Kyber مناسب باشد. در ادامه، روش پيشنهادي روي دو تراشه FPGA، Artix 7 و Virtex 7 با استفاده از نرم افزار Vivado پياده‌سازي شده است كه در ازاي افزايش جزيي منابع موردنياز، زمان اجرا در Artix 7 در مقايسه با پياده‌سازي‌هاي مشابه 28.74 درصد و 12.34 درصد كاهش يافته‌است.