RISC-V抗量子加密芯片有望提供面向未來(lái)的安全性

為了抵御未來(lái)使用量子計算機可完成的強大攻擊，許多研究人員都在潛心開(kāi)發(fā)新型加密技術(shù)。通常情況下，這些應對措施需要耗費巨大的處理能力。不過(guò)德國的科學(xué)家們，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種能夠非常高效地實(shí)施此類(lèi)技術(shù)的微芯片，有助于推動(dòng)“后量子密碼學(xué)”時(shí)代走向現實(shí)。
據悉，現代密碼學(xué)的大部分內容，都依賴(lài)于經(jīng)典計算機在處理大量數字等數學(xué)問(wèn)題時(shí)所面臨的極端困難。但理論上，量子計算機可以快速找到經(jīng)典計算機可能需要數億年才能解決的問(wèn)題的答案。

為保持加密算法相對于量子計算機性能的領(lǐng)先性，世界各地的研究人員們正在設計讓傳統和量子計算機都難以破解的“后量子加密算法”。

慕尼黑工業(yè)大學(xué)電氣工程師 Georg Sigl 解釋稱(chēng)，此類(lèi)算法多依賴(lài)于一種基于格（lattice-based）的密碼學(xué)，圍繞基于多點(diǎn)或向量的問(wèn)題而展開(kāi)。

簡(jiǎn)而言之，基于格的加密算法，通常在格中選擇秘密消息所依賴(lài)的目標點(diǎn)，然后添加隨機噪聲，使之接近但不完全在某個(gè)其它格點(diǎn)上。

在不知道添加了何種噪聲的情況下，想要找到原始目標點(diǎn)和相應的秘密信息的話(huà)，對于經(jīng)典和量子計算機來(lái)說(shuō)都是極具挑戰性的，尤其當晶格非常龐大時(shí)。

另一方面，在生成隨機性和多項式相乘等操作時(shí)，這種加密算法也要消耗大量的算力。好消息是，Georg Sigl 及其同事們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種帶有定制加速器的微芯片，能夠非常高效地執行這些步驟。

IEEE Spectrum指出，新芯片基于開(kāi)源的 RISC-V 標準，并通過(guò)硬件組件和控制軟件來(lái)相互補充，以有效地生成隨機性、并降低多項式乘法的復雜性。

這項工作的合作伙伴，包括西門(mén)子、英飛凌、Giesecke+Devrient 等德國工業(yè)巨頭。以 Kyber 加密為例，與完全基于軟件解決方案的芯片相比，新芯片可提速約 10 倍、且能耗僅為 1/8 。

早在 2020 年的 IACR《密碼硬件與嵌入式系統匯刊》上，研究團隊就已經(jīng)詳細介紹了這些發(fā)現。此外這種微芯片足夠靈活，能夠支持另一種不基于格的 SIKE 后量子算法。

Kyber 被視為最具前途的后量子點(diǎn)陣密碼算法之一，但 SIKE 需要消耗更多的算力。預計新芯片的速度，是基于純軟件方案的加密芯片的 21 倍。