Flexible NTT Accelerator Design Framework for Scalable Lattice-Based Cryptosystems

可扩展性 计算机科学 密码系统 密码学 嵌入式系统 密码原语 计算机体系结构 互连 乘法(音乐) 计算 椭圆曲线密码 实施 并行计算 分布式计算 方案(数学) 还原(数学) 钥匙(锁) 硬件加速 可重组计算 硬件安全模块 现场可编程门阵列 多项式的
作者
Yiqiang Zhao,Yanhui Song,Xintong Song,Qizhi Zhang,Yao Li,jiaji He
标识
DOI:10.1109/asianhost68425.2025.11370386
摘要

The Number Theoretic Transform (NTT) is a widely adopted technique for accelerating polynomial multiplication in lattice-based cryptographic (LBC) systems, and it often constitutes the primary computational bottleneck. Area-time product (ATP) and scalability are two critical metrics for evaluating accelerator designs. Different cryptographic backgrounds have different security parameters, and the diverse application platforms lead to different cost-performance tradeoffs and hardware constraints. We propose a flexible NTT accelerator design framework for LBC to meet the demand for performance and scalability, supporting various polynomial degrees, moduli, radices, and parallelism. Our hardware implementations show excellent ATP efficiency, with our interconnect achieving up to $6.7 \times$ better LUT-ATP than other in-place designs under the same configuration. In-place computation demands complex memory access patterns, making the design for varying radices and parallelism tough. We propose an efficient, conflict-free memory mapping scheme that offers scalability for different configurations. Compared to other in-place architectures, our approach significantly reduces interconnect complexity. On average, the accelerators generated by our proposed framework are 65.1% more area-time efficient. Up to 34.9% area-time reduction over the state-of-the-art scalable NTT accelerator can be achieved for the same security parameters.
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