PACE – Plantard加速晶体扩展技术

《IEEE Access》：PACE - Plantard Accelerated CRYSTALS Extensions

　　

摘要：

ML-KEM（FIPS203）和ML-DSA（FIPS204）是美国国家标准与技术研究院最早标准化的后量子密码学方案之一。这两种方案都采用了模运算简化技术，特别是Montgomery简化算法。传统上，Montgomery简化算法适用于计算远大于32/64位的模数。Thomas Plantard提出了一种新的模运算简化方法，该方法比Montgomery和Barrett算法更高效，因为在简化过程中减少了一次乘法操作。新方法通过将计算数据的字长翻倍来实现这一点：CRYSTALS-Dilithium的数据字长从32位增加到64位，CRYSTALS-Kyber的数据字长从16位增加到32位。在本文中，我们展示了世界上首个能够同时支持CRYSTALS-Kyber和CRYSTALS-Dilithium算法的Plantard指令集扩展（ISE）。通过将这些扩展集成到指令集中，我们成功将CRYSTALS-Kyber算法的运算周期减少了19.5%，CRYSTALS-Dilithium算法的运算周期减少了26.6%；同时CRYSTALS-Kyber的INTT算法运算周期减少了2.66倍，CRYSTALS-Dilithium的INTT算法运算周期减少了2.42倍。