CRYSTAL-Kyber (Kyber) is one of the post-quantum cryptography (PQC) key-encapsulation mechanism (KEM) schemes selected during the standardization process. This paper addresses optimization for Kyber architecture with respect to latency and throughput constraints. Specifically, matrix-vector multiplication and number theoretic transform (NTT)-based polynomial multiplication are critical operations and bottlenecks that require optimization. To address this challenge, we propose an algorithm and hardware co-design approach to systematically optimize matrix-vector multiplication and NTT-based polynomial multiplication by employing a novel sub-structure sharing technique in order to reduce computational complexity, i.e., the number of modular multiplications and modular additions/subtractions consumed. The sub-structure sharing approach is inspired by prior fast parallel approaches based on polyphase decomposition. The proposed efficient feed-forward architecture achieves high speed, low latency, and full utilization of all hardware components, which can significantly enhance the overall efficiency of the Kyber scheme. The FPGA implementation results show that our proposed design, using the fast two-parallel structure, leads to an approximate reduction of 90% in execution time, along with a 66 times improvement in throughput performance.


翻译:CRYSTALS-Kyber(简称Kyber)是标准化过程中选定的后量子密码(PQC)密钥封装机制(KEM)方案之一。本文针对Kyber架构在延迟与吞吐量约束下的优化问题展开研究。其中,矩阵-向量乘法与基于数论变换(NTT)的多项式乘法是关键运算瓶颈,需要重点优化。为解决该挑战,我们提出一种算法与硬件协同设计方法,通过采用新颖的子结构共享技术系统性地优化矩阵-向量乘法与基于NTT的多项式乘法,从而降低计算复杂度(即消耗的模乘与模加/模减运算次数)。该子结构共享方法受先前基于多相分解的快速并行方案启发。所提出的高效前馈架构实现了高速、低延迟及硬件组件的完全利用,可显著提升Kyber方案的整体效率。FPGA实现结果表明,采用快速二并行结构的设计可使执行时间降低约90%,同时吞吐量性能提升66倍。

0
下载
关闭预览

相关内容

FAST:Conference on File and Storage Technologies。 Explanation:文件和存储技术会议。 Publisher:USENIX。 SIT:http://dblp.uni-trier.de/db/conf/fast/
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Anomalous Instance Detection in Deep Learning: A Survey
VIP会员
最新内容
2026年美空军协会会议上的无人机系统趋势
专知会员服务
4+阅读 · 9月28日
反制无人机:乌克兰提供的五点启示
专知会员服务
11+阅读 · 9月23日
《各指挥层级均亟需红队能力》报告
专知会员服务
9+阅读 · 9月23日
《航电任务系统框架(FAMOS)》50页报告
专知会员服务
7+阅读 · 9月22日
《对抗行动中的人工智能与自主性》智库报告
专知会员服务
12+阅读 · 9月22日
《从数据到胜利:战争中的分析优势之争》
专知会员服务
15+阅读 · 9月22日
战争不仅需要机器人:人类仍不可或缺
专知会员服务
6+阅读 · 9月21日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员