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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
一种管道固有频率的测量方法及测量系统
本发明公开了一种管道固有频率的测量方法,包括以下步骤:1) 将激励传感器和接收传感器分别安装在待测管道上;2)根据所需固有 频率的数值范围确定激励频率,设置激励时长 t1 和测量时长 t2,其中 t2≥2t1;3)激励传感器在管道上进行激励,通过接收传感器获取检测 信号的时域波形图;4)通过时域波形图计算检测信号在时间区间[t1,t2] 或[0,t1]或[0,t2]上的幅值谱,获取检测信号的幅值谱;5)根据幅值谱的 幅值,获取待测管道的固有
华中科技大学 2021-04-14
造气炉气化层温度实时测量系统
1.项目简介:应用间接测温与计算机系统特性辩识为一体的智能实时测温方法,即依据间接测温信号与校正测试温度信号,对系统的动态教学模型进行分辨识和参数估计,并由辨得到的对象特性对气化层温度运行最可信估计的测温方法,实现间歇式固定层煤气发生炉(简称造气炉)气化层温度实时准确测量。 2.技术特点;该工业测温精度高,可靠性强,检测装置能长期安全运行,对造气炉内温度场分布、工艺运行不产生影响;为造气炉正常安全运行,节能降耗和实现造气工艺闭环自动控制提供了先决条件。
武汉工程大学 2021-04-11
链路、路径、网络可用带宽测量系统
本技术成果为一个功能模块,可以嵌入到一块硬件板卡或者一个网络测量设备之中,形成一种网络测 量硬件产品;也可以集成到其它网络应用系统之中,扩展和改善网络应用系统的网络、路径、链路选择的 能力。
中山大学 2021-04-10
网格应变自动测量分析系统GMAS
GMAS是一套便携式的自动化应变网格采集分析系统,采用数码相机与便携式电脑,轻便快捷,利用先进的电脑成像与自动化识别技术,辅助以各种板成形应变网格制作技术,迅速生成成形极限图(FLD),以及进行各种应变分析,可用于板材开发成形性能研究和直接指导冲压成形模具调节及零件生产,为板料成形性应变分析、成形极限(FLD)、工艺过程分析和模具设计等研究提供直观可靠的数据与报告。 自动生成三维零件网格,自动计算应变,计算机辅助图像编辑,彩色应变云图显示,成形极限图的生成与分析,不同区域拼接,切片线生成;测量精度:<2%(应变值);网格尺寸与类型:1~5mm,方网格、邻接圆网格、分离的圆网格、实心圆网格。
北京航空航天大学 2021-04-13
一种激光干涉位移测量系统
本发明公开了一种激光干涉位移测量系统。包括激光器、起偏 器、消偏振分光棱镜、偏振分光棱镜、1/4 波片、角锥镜、平面反射镜 和光电探测器。测量光入射移动角锥镜,由角锥镜位移引起原路反射 回来的光的光程变化是角锥镜位移的四倍。该设计中通过偏振光学原 理使测量光沿相同方向总共两次进出移动角锥镜,实现测量光与参考 光光程差变化与角锥镜位移的八倍程关系,从而实现对位移的光学八 倍细分测量。该系统具有测量分辨率高、测量结果准确的优点,且结 构上安装方便、简单,价格低廉,适用范围广。 
华中科技大学 2021-04-14
微型陀螺测量系统MIN-900-2
产品详细介绍 IMU微型陀螺测量系统MIN-900-2 微型陀螺测量系统MIN-900-2简介: IMU微型陀螺测量系统MIN-900-2 结合了三个方向角速率陀螺仪,三向加速度计,三轴磁强计,混合运算器, 16bit 模数转换, 微控制器等,通过创新性的算法,无论在静态和动态都能给出精确的方向和姿态。操作在三轴360 度的运动状态,提供姿态的Euler角。 微型陀螺测量系统MIN-900-2原理: MIN-900-2 利用三轴陀螺跟踪系统动态的角度,三轴的加速度计和磁场计跟踪静态的角度,而内置的处理器及控制器,通过滤波和算法,输出实时的角度(无论是在静态还是动态),这就提供了快的响应,当在振动和快速的运动状态下也没有漂移。稳定的输出通过容易使用的数字格式提供. 微型陀螺测量系统MIN-900-2性能参数:
陕西航天长城科技有限公司 2021-08-23
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