面向格密码的高面积效率基-4 快速数论变换硬件架构与无访存冲突优化设计

来源：电子与信息学报杂志2026年第2期北京时间：

作者：郑集文, 赵石磊, 张子悦, 刘志伟, 于斌, 黄海

单位：哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院 哈尔滨 150080

摘要：针对格基后量子密码(PQC)算法中基-2数论变换(NTT)计算效率较低以及原位计算内存访问模式复杂的问题，该文提出一种高面积效率的基-4 NTT硬件设计。首先，介绍了负包裹卷积方法的运算流程及适用条件，在此基础上提出了一种恒定几何(CG)结构的低计算复杂度基-4 NTT/INTT算法。其次，深入分析不同PQC算法中模数的共性特征，设计了基于K2-RED约简的可扩展模乘单元。最后，通过优化存储器与蝶形单元之间的数据分解与重组，提出一种基于顺序循环和阶梯循环访存的读写地址生成方案，实现了高效的无访存冲突。与传统的乒乓存储模式相比，该方案可减少12.5%的存储空间。实验结果表明，在(项数，模数位宽)分别为(256, 13),(256, 23)和(1024, 14)的3种配置下，该设计的面积-时间积(ATP)较现有方案分别降低56.4%,69.8%和50.3%以上，具有更高的面积效率。

关键词：格基后量子密码, 数论变换, 恒定几何结构, K2-RED约简, 无访存冲突

基金资助：国家重点研发计划(2023YFB4403500)