都说量子计算下密码都是渣,所以清华突破后量子密码硬件加速技术

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  随着近几年来量子技术的研究以肉眼可见的速度在发展,我们很多人开始对于量子计算、量子计算机有了初步的了解。量子计算的强大,我们都是时有耳闻。即便我们都没遇到过量子计算的演示,但一人客觉得我们从科普和技术资讯和严肃书籍文章上也能见微知著,明白它的极强算力,在我们目前传统计算机领域,面对世界顶级最快的计算机量子计算都是王者一般的存在。可以这么说,现有的一切传统计算机在量子计算机(由当前理论研究推演)面前都是小弟,一切密码——哪怕你再复杂位数再长——在量子计算下都会被秒成渣。

  显然,在这一点,我们不谋而合,都不愿意看到这一幕:谁都不希望自己的密码变得透明,当你的密码对外人(特别是别有用心的人、对手、敌人的时候)是透明的时候,你就不再有密码,你的一切都可能拱手于人,更遑论一个企业一个国家?系统安全和网络安全中,密码扮演着守卫者的重要角色。

  一个是世界最强的“攻”,一个是需要保密的“守”。这显然是一对矛盾。所以可能来自量子计算毁灭性的威胁,在量子计算技术发展的同时,学术界和工业界早已开始研究“反量子计算密码学”也就是后量子密码算法,后量子密码硬件加速技术。

  

  为什么要加上硬件加速这些字眼呢?因为要研究后量子密码算法,不可避免会涉及到超强的计算,当运算量实在巨大的时候,一人客想可能有朋友明白了,如果要落地应用和推广,那么这就不是一般芯片小弟弟们能承受得了的了。所以要后量子密码算法,就要对芯片硬件有更高的要求。显然这是个水涨船高的博弈。要研究后量子密码,还要考虑硬件架构。

  于是,来自清华大学的魏少军、刘雷波教授团队提出了一种低计算复杂度数论转换与逆转换方法,以及一种高效的后量子密码硬件架构。一方面能降低一类基于格的后量子密码算法的计算复杂度,另一方面还特别照(节)顾(省)硬件资源的开销。

  

  在他们的实验演示结果表明了,与最先进的方法相比,该设计在计算速度上快了2.5倍以上,同时面积延时积(ATP)减小了4.9倍。如果你没有概念,那就看看公认的权威评定。据了解,这一个突破性的成果已经登上了第22届密码硬件与嵌入式系统会议(CHES),而这个会议则是国际密码芯片和物理安全方向最重要的顶会之一。

  最后说点和技术有关的,据了解,当前的面向格密码的数论转换架构效率并不高,原因就在于其正变换和逆变换分别需要海量计算量的预处理与后处理(配图1就是)。而在清华的研究中,则是将巨大计算量的预处理和后处理去掉,怎么处理了?前者融合进时域分解快速傅里叶变换中,后者融合进频域分解快速傅里叶变换中。另外呢,研究人员还提出了一种能支持两种蝶形运算的紧凑型运算单元架构,设计了低复杂度数论转换硬件实现架构,更甚者,这项研究还使用了双倍带宽匹配、时序隐藏等架构优化技术,进一步减小了执行NewHope算法的时钟周期数,设计了处理时间恒定的NewHope硬件架构。当然一人客这里也是现学现卖,太高深的咱不懂,咱就根据权威科研成果的报道,用比较浅显点的白话描述出来,当然不可避免要涉及到术语、公式和算法。量子计算在进步,反量子也在发展啊,点赞科研人员,点赞科技发展。

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