حاتم عبدلی

با توجه به توسعه رایانه‌های کوانتومی مقیاس‌پذیر و مقاوم در برابر خطا، پیش‌بینی می‌شود که امنیت الگوریتم‌های رمزنگاری کلید عمومی رایج مانند RSA با آسیب‌پذیری مواجه شوند. موسسه ملی استانداردها و فناوری (NIST) در حال فرآینداستانداردسازی رمزنگاری پساکوانتومی (PQC) است که برای مقاومت در برابر حملات رایانه‌های کوانتومی طراحی شده است. این پایان‌نامه به بهینه‌سازی پیاده‌سازی سخت‌افزاری یکی از الگوریتم‌های مبتنی بر Lattice با مکانیزم کپسوله‌سازی کلید عمومی “Saber” (یکی از نامزدهای نهایی) می‌پردازد. امنیت آن بر Mod-LWR ،که از ماژول‌های توان2 برای دستیابی به انعطاف‌پذیری و امنیت بالا و کارایی استفاده می‌کند، استوار است. هدف در این پیاده‌سازی سبک وزن، استفاده از حداقل منابع با داشتن کمترین زمان اجرا است. تمرکز این تحقیق بر بهره‌گیری از معماری‌های سخت‌افزاری کارآمد با هدف دستیابی به کارایی بالاتر و در عین حال حفظ امنیت در برابر حملات کوانتومی، است. در این پژوهش، روشی برای بهبود کارایی عملیات جمع در الگوریتم SABER ارائه شده است. با توجه به اینکه ضرب چندجمله‌ای نقش اساسی در عملکرد ماژول و رمزنگاری کلید عمومی ایفا می‌کند، یک معماری ضرب کننده چندجمله‌ای موازی پیشنهاد می‌شود که مشکلات محدودیت دسترسی به حافظه را برطرف می‌کند. در روش پیشنهادی، از ۲۵۶ واحد MAC با ورودی‌های ۱۳ بیتی و جمع با ذخیره نقلی (CSA) به جای عملیات جمع با انتشار نقلی (RCA) استفاده شده است. این تغییرات باعث می‌شود که نهایتاً عملیات جمع با تاخیر کمتری انجام شود. به عبارت دیگر انتشار رقم نقلی در هر بار عملیات جمع حذف شده و فقط در مرحله آخر انجام خواهد شد و در نتیجه زمان تاخیر انتشار و زمان کل انجام عملیات جمع به طور چشمگیری کاهش می‌یابد. نتایج سنتز نشان می‌دهد که این روش بهبود چشمگیری در کارایی الگوریتم SABER ایجاد می‌کند در حالی که محدودیت‌های دسترسی به حافظه هم در نظر گرفته‌شده‌است. نتایج سنتز نشان می‌دهد که طرح پیشنهادی باعث بهبود قابل توجهی در سیکل زمان اجرا با کاهش مصرف منابع می‌شود. به طور خاص، معماری پیشنهادی در فرکانس 250 مگاهرتز اجرا می‌شود و باعث بهبود 40 درصدی ATP می‌شود. این روش راه را برای توسعه الگوریتم‌های رمزنگاری پسا‌کوانتوم امن در محیط‌های با منابع محدود هموار می‌کند.