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后量子密码芯片
作为信息化时代各领域发展的重要基础与保障,信息安全是一个不容忽视的国家安全战略。当今信息安全领域广泛使用的公钥密码体制主要都是基于经典计算机“难以求解”的数学问题所设计构造的。近些年来,随着量子计算技术的快速发展,传统公钥密码体制不再安全。一方面,Shor算法、Grover搜索算法、量子傅里叶变换等算法相继被提出,从理论上证明这些算法在量子计算机上运行可以显著缩短传统公钥密码体制所依赖数学问题的求解时间。另一方面,实际可行的量子计算机技术不断发展,2019年,Google宣布制造出53量子比特的量子处理器“悬铃木”,在绝对零度条件下可以在200秒完成超级计算机1万年的计算任务。在即将到来的“后量子时代”,我们需要更安全的密码体制来保护隐私,也就是后量子密码(Post-QuantumCryptography,PQC)。未来10年商用量子计算机将面世,在量子计算机面前,构造传统公钥密码体制所基于的数学难题将毫无安全性可言,进而依赖密码体制而构建的信息安全系统及各种应用将面临着严峻的安全问题,甚至存在被完全破解的潜在威胁,亟待研究抵御量子攻击的密码体制及其芯片实现技术。 2022年美国政府正式签署安全法案,首次将后量子密码纳入美国国家安全备忘录,同时还提出《量子计算网络安全准备度法案》,旨在指导推动信息安全系统向后量子密码学过渡。2022年9月7日,美国国家安全局(NSA)发布了《商业国家安全算法套件2.0》,其中将入选第三轮抗量子密码标准化选择的CRYSTALS-KYBER(以下简称Kyber)算法列为国家安全系统未来过渡迁移的必备算法。我国也在后量子密码领域积极跟进,参与国际竞争,于2020年发布国内首份量子安全白皮书,广泛布局后量子密码安全技术应用与产业生态。目前后量子密码算法的研究正在逐渐走向成熟与标准化,未来将有数十亿新旧设备完成从传统公钥密码体制向后量子密码算法的迁移过程。在充分考虑安全性能、算法性能、便利性和合规性的前提下,研制出符合国际标准且具有国际竞争力的后量子密码SoC芯片并应用,对于我国加快抢占后量子密码国际领先地位,保障量子时代下的信息安全具有重要意义。 图1 后量子密码在未来信息安全领域的应用 本成果提出一种应用在云计算、数据中心加密中的高性能随机数生成哈希核心算子,实现了具有灵活性和高吞吐量的可配置Keccak核心。该核心可配置为支持多个采样策略,通过高吞吐量随机数扩展发生器新型结构达到11.7Gbps的吞吐率,性能表现为目前世界最高水平。 图2 高性能后量子密码哈希核心算子 在国际上首次提出了具有侧信道SPA攻击防御机制的可配置BS-CDT高斯采样器。该设计基于CDT反演高斯采样算法,通过真随机数发生器和随机化功耗特性的电路结构,采取隐藏相关数据的防御机制,高效获取安全性更好的均匀分布随机数,并可以有效抵御时间攻击和潜在的功耗分析攻击,显著提高安全性。电路采样精度可达112bit,新型多级快速查找表结构极大缩短了概率函数分布表搜索时间,性能相较于同类设计提升近18倍。解决了高精度需求与采样速度不匹配的冲突问题,优化了概率函数分布表的存储资源,灵活划分密码系统中的高斯采样值,并有效加固了后量子密码系统数据前级的侧信道安全性。 图3 多模域计算兼容可重构算术单元 针对后量子密码计算量大,数据复杂的痛难点,优化格数学难题中的数论变换(NTT)算法,实现了一种高性能NTT硬件加速单元。采用双倍位宽乒乓式对称存储结构突破访存限制,改进模乘运算单元关键结构,提高多项式运算的效率,相比同类运算操作下最先进的设计快3.95倍。 图4 灵活指令集型后量子密码安全处理器芯片架构及版图 针对后量子密码算法的多样化计算需求,创新性地提出了一种多模域计算兼容型可重构核心算子,能够配置为不同模域下的关键运算结构,灵活支持Karatsuba、Toeplitz、NTT等运算结构。在配置为NTT结构的运算下,运算性能与美国MIT研究团队在IEEEISSCC发表的相关成果保持国际同步水平,并具备更强的灵活性与通用性。 图5 多模域计算兼容型可重构核心算子 在团队积累多年的后量子密码相关先进技术研究的基础上,在SMIC40nm工艺下实现了两款后量子密码芯片,能够兼容国际最新标准的CRYSTAL-Kyber后量子密码算法。后量子密码Kyber芯片采用了高性能流水线结构的蝶形运算单元及高速NTT运算单元,解决了加解密运算中访问存储器所带来的速度瓶颈问题。灵活指令集型后量子密码芯片采用可编程自定义指令集架构,基于多模域计算兼容的可重构算术单元与可配置多功能哈希/随机采样核心算子,在实现高性能的后量子密码运算的同时提高了芯片的灵活性与适应性。 图6 后量子密码Kyber处理器芯片架构及版图 图7 灵活指令集型后量子密码处理器芯片架构及版图
华中科技大学 2022-09-23
几何量子计算研究
提出了一种可优化的非绝热和乐量子计算新方案, NHQC+,打破了以往和乐量子计算(基于非对易几何相位的量子计算)对不同能级的耦合脉冲必须同步、脉冲面积必须固定的严格限制,使得几何量子计算可与优化控制理论相结合,并且大大提高了几何量子门对系统噪声鲁棒性,为进一步拓展到可结合脉冲整形技术的几何量子计算提供了可能。论文第一作者、2018级哈工大-南科大联培博士生刘宝杰称,新方案NHQC+只需要用一个三能级量子体系就可以实现,相比之前需要应用复杂脉冲序列同
南方科技大学 2021-04-14
超导量子计算研究
翁文康和他的博士生刘宝杰提出的新方案使用了一个三能级量子体系,其中基态和第二激发态被用作为量子比特的0和1态,第一激发态作为一个辅助能级。通过施加和体系两个量子跃迁接近共振的微波信号,并控制信号随时间的变化,可以实现对系统演化产生的几何量子相位的精确调控,进而实现任意指定的几何量子门。相对其他已有的几何量子门方案,新方案中量子门速度得到了数倍的提升,并且对控制信号误差具有更好的容错性。此外,这一方案还具有实验复杂度相对较低和易于在不同量子体系上实现等优势。陈远珍和他的博士后严通行合作,在超导量子体系中成功实现了这一方案。实验中获得的单比特量子门保真度达到了97%,引起误差的主要原因包括量子比特和环境相互作用导致的退相干,以及微波控制信号的精度误差等。 这项工作对于进一步发展基于几何相位的量子计算具有启发意义,其后续相关研究目前也在开展之中,包括基于相同思想的两比特几何量子门和更为简化的几何量子计算方案等。
南方科技大学 2021-04-13
微量子教学板
产品详细介绍   产品特点:   (1)    板材特制 板面使用镀锌钢板,坚固耐用厚实,板面涂层引进日本高科技晶格纳米涂料,哑光性,视觉大于30°不反光。   (2)    哑光米黄色有助于保护视力 德康多功能教学板根据微光量子理论设计,板面颜色为米黄色,视感柔和。米黄色色谱波长在550~770纳米之间,为人眼视网膜最能接受的颜色,有效舒缓眼睛的紧张和疲劳,提高眼睛辨识能力。哑光米黄色设计能营造出最佳视觉环境,有助于保护视力,预防近视。     (3)    直接用作投影幕       传统教室一般是黑板和投影布的结合,投影布上下拉动,易损坏,并且投影布占用黑板板书空间,结构不合理;投影幕布放置时间长了会发黄,影响投影质量。而德康多功能教学板,可直接用作投影幕,投影成像色彩柔和,没有光斑;一体化设计,可以在投影区域内直接书写。是高科技的绿色教学产品,确保师生课堂资源得以最大限度的利用。   (4)    可升级为功能强大的电子白板 配合我司专用软件,即可在板上实现电子白板的全部功能,拥有德康多功能教学板就等于拥有一块投影幕、一块黑板、一块电子白板。而且德康多功能教学板的价格却比它们的总价便宜得多。   (5)    节能环保 板面无任何电子器材附件,不通电,不发热,无辐射。符合现代低碳环保生活要求。
江门市盈江科技有限公司 2021-08-23
水下蓝光通信系统及亚波长垂直结构LED
本项目产品属于无线通信技术领域,基于可见光通信技术,设计开发了一种海陆空全覆盖的高速通信产品,本产品能够在射频信号可以或不可以到达的场景下实现远距离、低延时的高清音视频或大容量数据的传输,提出了面向国家海洋战略、民用监测技术的全新通信解决方案。 产品简介:我们的可见光通信系统是一种新兴的空间无线通信设备,它在隧道监测、矿道勘探、水下养殖环境监测和水下通讯等领域优势明显,将发挥重要作用。从技术层面来看,鉴于光波频段大的天然优势,它的频段资源是无线电的100多倍,完全可以弥补如今无线电资源匮乏的问题;从实际应用上来看,光在黑暗环境与水中受外界影响小,抗干扰能力强,可以解决所有无线电与声波无法到达的地方的通信问题,并且传输速度比声波快上数百倍;从安全性来说,光波具有良好的方向性,当光信号被第三方拦截时,接收方能及时发现通信链路故障,更加易于保密。 技术壁垒:自主研发设计的水下可见光通信系统,水下实际传输速度可达1Mbps以上,支持音视频、大量传感信息实时传输,相比市场其他同类产品,碾压式的“高速”是我们的核心竞争力。并且,本产品采用自主研制的高性能垂直结构LED,也是目前世界上已报道的最薄垂直结构LED,完美解决了散热高、出光效率低的问题。拥有相关自主知识产权的授权专利20余项,做到了“国际一流,国内领先”的水平。 市场行情:反观近年来的市场行情,高亮度照明LED的推广和普及为可见光通信技术创造了重大发展机会。日本启动的“21世纪照明计划”、美国能源部的“下一代照明计划(NGLI)”以及欧盟的“彩虹计划”,都极大推动了LED照明市场在全球规模的迅速增长。中国跨部委的半导体照明工作小组启动了“国家半导体照明工程”。随着LED性能的不断提升,可见光通信作为空间无线通信技术的一种,将扮演越来越重要的角色。
南京邮电大学 2021-05-11
吸能防冲液压支架
 吸能液压支架是在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2010CB226803)和国家自然科学基金面上项目(51174107)的支撑下,由辽宁工程技术大学和北京诚田恒业煤矿设备有限公司按照“微冲可抗、小冲可让、中冲可防、大冲可降”的设计原则合作研发。吸能液压支架支护巷道能实现“微冲不坏、小冲可修、中冲可换、大冲不垮”,最大防冲抗震震级为ML3.0级。  吸能液压支架静态支护下初撑力达4635kN(31.5MPa),工作阻力达5889kN(40MPa),支护强度≥1MPa(支护间距≤1m),安全阀开启压力40~44MPa,排液让压速率为1200L/min,支架让压位移为0.8m(可调);冲击地压动载作用下,支架吸能让位启动值为1.25~1.5倍工作阻力(让压速率为1m/s~5m/s),让压位移≤0.3m,抗冲击力≥3倍工作阻力。
辽宁工程技术大学 2021-05-04
吸能防冲锚杆
 在冲击危险性巷道,围岩变形能向自由空间释放,普通锚杆让位距离短、吸收能量小、抗冲击能力差,无法满足巷道支护要求。 吸能防冲锚杆由杆体、托盘、恒阻吸能器、异型螺母等构成。恒阻吸能器承载力为杆体屈服力的95%左右。冲击载荷作用下吸能防冲锚杆的恒阻吸能器塑性变形直接吸收围岩变形能,恒阻吸能器让位空间间接耗散围岩变形能。
辽宁工程技术大学 2021-05-04
无创智能吸痰机
"吸痰是保持呼吸道通畅,改善肺泡通气和换气功能的一种重要方法,是机械通气患者气道管理中最常用的护理措施之一。然而现有的吸痰管吸痰技术不仅效率低、医护人员工作强度大,而且容易导致呼吸道粘膜损伤、低血氧症、肺不张、感染、心律失常、气管痉挛等并发症。 本项目将医生的临床经验与工程技术相结合,发明了吸痰时刻在线辨识技术、模拟人类自然咳嗽的吸痰系统智能控制技术,最终形成一套使用简单、安全高效的按需自动吸痰技术。"
北京航空航天大学 2021-04-10
气吸式水果采摘器
本发明公开了一种气吸式水果采摘器,包括带有中空通道的支撑杆、位于支撑杆一端的手柄、位于支撑杆另一端的真空吸盘、与所述中空通道相连且受控于手柄的负压装置,所述支撑杆为活动插接的两子段,两子段之间设有相互配合的滚珠丝杠机构,所述真空吸盘上带有吸孔,真空吸盘与支撑杆之间通过缓冲软管连接,在支撑杆的中空通道内设有与所述吸孔相配合的密封挡片。本发明的采摘器因负压产生拉力和扭转力,只需将真空吸盘对准水果即可自动完成采摘动作,使用方便,结构简单,可大大提高水果的采摘效率;采摘器与水果软性接触,避免了实用刀具对果柄剪切,可防止采摘器对水果造成机械损伤。
浙江大学 2021-04-13
溃缩式吸能头盔
北京工业大学 2021-04-14
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