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Improved Frobenius FFT for Code-Based Cryptography on Cortex-M4
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PRE
AI
DOI：10.1109/JIOT.2025.3583021.png)
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摘要
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有限域上的多项式乘法是基于代码的密码学中最重要的操作之一，包括已被选为NIST后量子密码（PQC）第四轮标准化算法的汉明准循环（HQC）。在标准化过程中，算法的性能不仅在通用（GP）系统中重要，在嵌入式系统中也同样重要。特别是，NIST已推荐ARM Cortex-M4作为嵌入式系统的基准平台。在CHES2021中，Chen等人优化了基于ARM Cortex-M4的BIKE算法，使用Frobenius Additive FFT作为多项式乘法算法。然而，尽管HQC最终于2025年3月被选为标准算法，但针对NIST推荐作为嵌入式系统基准的ARM Cortex-M4平台的高效实现尚未有报道。在本文中，我们提出了优化的Frobenius Additive FFT实现，以加速BIKE和HQC在ARM Cortex-M4平台上的多项式乘法。我们的方法利用了Frobenius Additive FFT中有限域乘法的一个操作数为固定值的特性，允许将这些操作转换为二进制矩阵-向量乘积。随后，我们应用了针对Cortex-M4架构约束设计的高效线性层技术与特定寄存器调度策略相结合。我们在Nucleo-L4R5ZI评估板上评估了我们的实现，并与现有的最先进实现进行了比较。结果表明，我们的实现使BIKE的多项式乘法性能提升了8%，进而使密钥生成、封装和解封装的性能最高提升6%。此外，与PQClean实现相比，我们在HQC的多项式乘法上实现了80%–92%的加速，导致密钥生成、封装和解封装的整体性能最高提升84%。
Keyword:
bit flipping key encapsulation (BIKE)
Cortex-M4
Frobenius FFT
hamming quasi-cyclic (HQC)
implementation
polynomial multiplication
post-quantum cryptography (PQC)
期刊
IF:
8.9
论文数:
1.4W
被引数:
7.8W
机构
引用论文
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