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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
贵金属清除剂
企业产品介绍
青岛海粟新材料科技有限公司 2025-02-07
通过增大狄拉克半金属约瑟夫森结的几何尺寸将电子输运维数降到拓扑铰链态
近日,南方科技大学量子科学与工程研究院院长、中国科学院院士俞大鹏团队与北京大学、荷兰特文特大学等合作,在狄拉克半金属-超导体异质结量子调控方面取得研究新进展,相关成果以《通过增大狄拉克半金属约瑟夫森结的几何尺寸将电子输运维数降到拓扑铰链态》(“Reducing Electronic Transport Dimension to Topological Hinge States by Increasing Geometry Size of Dirac Semimetal Josephson Junctions”)为题发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上。研究团队利用体态、表面态和棱态具有不同超导相干长度的性质特点,通过增长沟道长度,逐步实现从体态到表面态、再到棱态的超导电流的传导。
南方科技大学 2021-04-11
安全阀热态试验台架
造成我国安全阀技术水平相对落后的关键问题是安全阀热态试验技术的落后。安全阀是 “小阀门、大台架”。安全阀热态试验台架包含锅炉、容器、控制阀和控制系统,造价近亿 元,试验技术远比安全阀本身复杂得多。目前,安全阀热态试验主要是依照美国标准ASME PTC 25,此标准规定了对试验过程和测试精度的要求,但如何实试验过程则是一大挑战。安全 阀热态试验装置最早出现在美国。目前美国Tyco公司分别在Stafford、Wrentham等地建有热态 试验台架。建于Wrentham的试验台架始建于1949年,后来逐步完善,试验介质为饱和蒸汽, 设计压力10.3MPa。建于Stafford的试验台架,试验介质为饱和蒸汽,最大试验压力10.2MPa。 美国以上试验台架存在进行大口径、大排量安全阀热态试验中存在安全阀频跳问题。即安全阀 在一次测试过程中会出现多次的开启与回座,试验过程将对安全阀的密封面将造成显著的损 伤。另一方面,安全阀设计和制造工艺不合理也会造成安全阀的频跳,此是安全阀所需严格避 免的产品缺陷。而由于试验装置和方法的不足所带来的安全阀测试中的频跳将会掩盖产品本身 的问题,这去在安全阀的实际使用中埋下重大安全隐患。 中国合肥通机械检测院和国家特种泵阀工程技术研究中心具有安全阀的型式试验资质, 但没有以蒸汽为介质的热态试验系统。国内共有3套热态安全阀试验台架建,都采用实验台架 整体升压直至安全阀起跳,进而测量安全阀机械性能的方法,安全阀业内称之为“自由膨胀 法”。三套台架分别建在上海阀门厂、哈尔滨锅炉有限公司、中国船舶工业711所。 “自由膨 胀法”不符合ASME PTC 25标准的要求,存在如下的缺点: (1) 自由膨胀无法满足高参数、大排量安全阀试验过程中稳定排放的要求; (2) 采用自由膨胀法,造成整定压力和排放压力测量值相同,无法准确测量排放压力; (3) 安全阀测量的额定开高比实际值偏低。 另外,一个非常严重的问题是中国尚没有安全阀热态试验台架能够测量安全阀的排量系 数。安全阀的排量系数是安全阀设计的核心,决定了安全阀的设计。我国由于没有可以测试安 全阀热态排量系数的试验台架和技术,所以长期只能走模仿外国产品特别是美国产品的道路。 设计大多只进行强度校核,没有核心技术,产品技术一直处于低端水平。 华东理工大学经过多年攻关开发出了先进的高参数并符合ASME标准的安全阀热态试验台 架, 打破了国外的垄断。
华东理工大学 2021-04-11
铸态奥氏体 -贝氏体耐磨钢
项目简介: 针对高猛钢在一些应用领域使用性能差, 高铭铸铁韧 性不足在冲击工况难以应用的具体情况,本项目研制开发一种以奥氏体-贝氏
西华大学 2021-04-14
具有抑菌抗炎活性的瓜子金发酵口服液及制备方法
研发阶段/n具有抑菌抗炎活性的瓜子金发酵口服液,是以瓜子金、糯米、甜酒曲为原料,经固体发酵后,除蛋白、多糖,正丁醇萃取后蒸干,所得浸膏用蒸馏水溶解,加入甜味剂即得而成。体外抑菌试验证明,瓜子金发酵口服液对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、假单孢杆菌均有一定的抑制作用,其中对金黄色葡萄球菌的抑菌作用更强。抗炎实验:二甲苯致小鼠耳廓肿胀试验中对小鼠的肿胀抑制率为42.52%;镇痛实验:小鼠扭体法镇痛试验中对小鼠的镇痛抑制率为58.08%,表明具有较强的抗炎镇痛的作用。在急性毒性实验中,小鼠最大耐受
湖北工业大学 2021-01-12
无机量子点发光材料
准备了高效红、绿、蓝量子点和纳米材料,无机量子点材料在发光、显示、太阳能 电池、生物医学领域都有广泛的应用前景。如下图为蓝光量子点材料的图谱。 利用制备的 ZnO 纳米阵列首次得到了色纯度较高的有机复合/无机紫外 LED,实现了室温下 ZnO 纳米棒在 380nm 附近的电致发光。并利用所制备的 ZnO、TiO 量子点和纳米材料,实现在太阳能电池领域的应用,提高了有机太阳能电池的效率。
北京交通大学 2021-02-01
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