| 講演名 | 2021-10-19 格子暗号向けKリダクションに基づく数論変換ハードウェアの検討 板橋 由磨(東北大), 上野 嶺(東北大), 本間 尚文(東北大), |
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| 抄録(和) | 本稿では，格子暗号の主要な演算である数論変換 (NTT: Number Theoretic Transform) を効率的に実行するハードウェアの設計を示す．まず，格子暗号の多くがプロス素数を法とした演算により規定されていることに着目し，格子暗号向けの効率的な剰余乗算手法を提案する．提案手法では，剰余演算において，符号付き整数となる中間結果の符号ビットを分割して独立に処理することで実装コストを大幅に削減する．次に，提案剰余乗算を用いてNTTを効率的に実現するバタフライ演算ユニットデータパスを示す．特に，NTTにおける回転因子にあらかじめ適切な定係数を乗じておくことで，逆NTTにおいて必要となる定係数乗算を回避できることを示す．その上で，代表的な格子暗号であるKyberに着目し，提案NTTハードウェアをXilinx Artix-7上に実装し，その性能を評価する．その結果から，提案NTTハードウェアは既存手法と比べて面積遅延効率の観点からFF，DSPにおいて約1.3倍高効率であることを確認する． |
| 抄録(英) | This paper presents an efficient hardware that efficiently performs Number Theoretic Transform(NTT) which is a dominant operation of lattice-based cryptography. First, we propose an efficient modulo multiplication method specified for lattice-based cryptography defined by operations over Pross prime numbers. The proposed method divides the intermediate result (i.e., a signed integer) into the sign bit and the other lower bits, and handles them independently, which can reduce the implementation cost significantly. Then, we show a butterfly operation unit datapath that efficiently realizes NTT using the proposed modulo multiplication. In particular, we show that we can avoid the constant coefficients multiplication required in inverse NTT by multiplying twiddle factors in NTT by appropriate constant coefficients in advance. Finally, we apply the proposed NTT hardware for Kyber, which is one of the cutting-edge lattice-based cryptography, and evaluate its performance on Xilinx Artix-7. The results show that the proposed NTT hardware is about 1.3 times more efficient in terms of area time products(ATP) than the existing method. |
| キーワード(和) | 耐量子計算機暗号 / 格子暗号 / 数論変換 / Kリダクション |
| キーワード(英) | post-quantum cryptography / lattice-based cryptography / number theoretic transform / K-reduction |
| 資料番号 | HWS2021-46,ICD2021-20 |
| 発行日 | 2021-10-12 (HWS, ICD) |
| 研究会情報 | |
| 研究会 | HWS / ICD |
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| 開催期間 | 2021/10/19(から1日開催) |
| 開催地（和） | オンライン開催 |
| 開催地（英） | Online |
| テーマ（和） | ハードウェアセキュリティ，一般 |
| テーマ（英） | Hardware Security, etc. |
| 委員長氏名（和） | 島崎 靖久(ルネサスエレクトロニクス) / 高橋 真史(キオクシア) |
| 委員長氏名（英） | Yasuhisa Shimazaki(Renesas Electronics) / Masafumi Takahashi(Kioxia) |
| 副委員長氏名（和） | 永田 真(神戸大) / 鈴木 大輔(三菱電機) / 池田 誠(東大) |
| 副委員長氏名（英） | Makoto Nagata(Kobe Univ.) / Daisuke Suzuki(Mitsubishi Electric) / Makoto Ikeda(Univ. of Tokyo) |
| 幹事氏名（和） | 高橋 順子(NTT) / 藤本 大介(奈良先端大) / 廣瀬 哲也(阪大) / 新居 浩二(TSMCデザインテクノロジージャパン) |
| 幹事氏名（英） | Junko Takahashi(NTT) / Daisuke Fujimotoi(NAIST) / Tetsuya Hirose(Osaka Univ.) / Koji Nii(TSMC) |
| 幹事補佐氏名（和） | / 宮地 幸祐(信州大) / 吉原 義昭(キオクシア) / 久保木 猛(九大) |
| 幹事補佐氏名（英） | / Kosuke Miyaji(Shinshu Univ.) / Yoshiaki Yoshihara(キオクシア) / Takeshi Kuboki(Kyushu Univ.) |
| 講演論文情報詳細 | |
| 申込み研究会 | Technical Committee on Hardware Security / Technical Committee on Integrated Circuits and Devices |
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| 本文の言語 | JPN |
| タイトル（和） | 格子暗号向けKリダクションに基づく数論変換ハードウェアの検討 |
| サブタイトル（和） | |
| タイトル（英） | Design of NTT Hardware Based on K-RED for Lattice-Based Cryptography |
| サブタイトル（和） | |
| キーワード(1)（和/英） | 耐量子計算機暗号 / post-quantum cryptography |
| キーワード(2)（和/英） | 格子暗号 / lattice-based cryptography |
| キーワード(3)（和/英） | 数論変換 / number theoretic transform |
| キーワード(4)（和/英） | Kリダクション / K-reduction |
| 第 1 著者 氏名（和/英） | 板橋 由磨 / Yuma Itabashi |
| 第 1 著者 所属（和/英） | 東北大学(略称：東北大) Tohoku University(略称：Tohoku Univ.) |
| 第 2 著者 氏名（和/英） | 上野 嶺 / Rei Ueno |
| 第 2 著者 所属（和/英） | 東北大学(略称：東北大) Tohoku University(略称：Tohoku Univ.) |
| 第 3 著者 氏名（和/英） | 本間 尚文 / Naofumi Homma |
| 第 3 著者 所属（和/英） | 東北大学(略称：東北大) Tohoku University(略称：Tohoku Univ.) |
| 発表年月日 | 2021-10-19 |
| 資料番号 | HWS2021-46,ICD2021-20 |
| 巻番号（vol） | vol.121 |
| 号番号（no） | HWS-206,ICD-207 |
| ページ範囲 | pp.26-31(HWS), pp.26-31(ICD), |
| ページ数 | 6 |
| 発行日 | 2021-10-12 (HWS, ICD) |