HIGH: Harnessing GPU Parallelism for Optimized HQC Performance

Jiankuo Dong

doi:10.1109/tc.2026.3700228

HIGH: Harnessing GPU Parallelism for Optimized HQC Performance

2026-06-04

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DOI：10.1109/tc.2026.3700228

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哈明准循环（HQC）是国家标准与技术研究院（NIST）后量子密码（PQC）标准化进程第四轮的候选算法，并在最新一轮中被最终选为标准化加密方案。迄今为止，尽管HQC已针对FPGA、CPU等平台进行了优化，但基于GPU的并行加速研究仍显著不足。鉴于此，本研究旨在探讨在GPU上手动优化HQC实现的可行性与效率，以填补基于GPU的编码型加密算法实现研究空白。本文介绍了一种基于GPU的高性能HQC实现，命名为HIGH。首先，我们提出了一种针对编码型PQC实现的创新架构，通过核心融合显著减少全局内存冗余访问。其次，我们为HIGH设计了HIKD结构，结合高阶乘法方案（HIK）和低阶乘法方案（HID），相较于官方第四轮优化实现实现了85.6%的显著性能提升。最后，通过大量实验，我们寻求最优HIKD组合并确定最优并行参数，借助这些优化，HIGH超越了当前最佳性能基准，密钥生成、封装和解封装性能分别提升了20倍、32倍和39倍。

Keyword:

PQC

HQC

Karatsuba

polynomial multiplication

GPU

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