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题名海光处理器上后量子签名算法的AVX2优化实现
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作者
王悦彤
周璐
杨昊
刘哲
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机构
南京航空航天大学计算机科学与技术学院
软件新技术与产业化协同创新中心
香港城市大学
之江实验室
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出处
《计算机学报》
北大核心
2025年第7期1714-1732,共19页
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基金
国家重点研发计划(2022YFB2702000)
国家自然科学基金委员会重点项目(62132008)
+2 种基金
国家自然科学基金委员会联合基金重点项目(U22B2030)
国家自然科学基金委员会面上项目(62472218)
江苏省自然科学基金(BK20220075)资助。
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文摘
随着量子计算技术的快速发展,传统密码体系面临着巨大的安全威胁,后量子密码学(PQC)的研究迫在眉睫。在此背景下,格密码凭借其出色的抗量子攻击能力,成为后量子数字签名算法的重要基础。HuFu算法是我国自主研发的后量子数字签名算法,基于格密码学中的通用格问题,具有良好的安全性和应用前景,目前已提交至美国国家标准技术研究院(NIST)进行标准化评估。但HuFu算法在性能上仍有提升空间,特别是在算法复杂度、内存效率和并行计算能力方面,同时还需增强对不同硬件和指令集的兼容性。为此,本文基于国产的海光处理器,充分发挥其高并行性、低能耗和高吞吐量的优势,为HuFu算法的高效实现提供了强有力的硬件支持。同时,结合256位高级向量扩展(AVX2)指令集,这一广泛应用的单指令多数据(SIMD)技术,进一步增强了算法的并行计算能力,从而有效提升了整体性能。本文综合考虑矩阵乘法优化、指令集加速、编码处理简化和内存访问效率等多个方面,采用一系列算法和技术优化,旨在显著提升计算速度、减少资源消耗,并提高签名生成与验证的整体性能。具体而言,本文的优化方案包括多个关键技术点:首先,结合Strassen算法优化矩阵乘法,显著提升了计算速度并减少了资源消耗;其次,采用AVX2指令集对非对称数字的范围变体编码(rANS)进行了优化,加快了签名生成与验证的速度;此外,针对rANS编码中符号位处理复杂且耗时的问题,采用无符号参数来实现高效的签名和验证处理,简化了计算流程并减少了运算开销;最后,通过设计合理的函数接口和内存访问优化技术,提高了签名和验证阶段的内存使用效率,减少了寄存器的频繁写入。与原有的HuFu算法AVX2实现方案相比,本文提出的优化方案在密钥生成、签名在线阶段、签名离线阶段以及总的签名和验证阶段的时钟周期消耗分别减少了约46%、54%、45%、30%和46%。高效的签名算法能够在高并发环境中提升处理能力,增强系统的稳定性和安全性,更好地保护后量子密码数据免受量子计算威胁,同时推动国产后量子密码技术的发展。
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关键词
后量子密码
格密码
高级向量拓展
矩阵乘法
内存访问优化
海光处理器
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Keywords
post-quantum cryptography
lattice-based cryptography
advanced vector expansion
matrix multiplication
memory access optimization
hygon processor
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分类号
TP391
[自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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题名基于人工蜂群算法的多维函数优化加速方法
被引量：7
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作者
李辉
韩林
于哲
王威
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机构
青岛农业大学经济学院
郑州大学国家超级计算郑州中心
中国科学院微电子研究所
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出处
《计算机科学》
CSCD
北大核心
2022年第S02期926-931,共6页
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基金
硅纳微结构与芯片器件超大规模计算应用与自主软件研发(201400211300)
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文摘
人工蜂群算法在农业农村大数据应用开发中被广泛采用,但是串行人工蜂群算法时间的复杂度较高,不适用于多维函数的快速求解问题。针对串行人工蜂群算法对多维函数求解执行效率较低的问题进行分析,通过解析多维函数及人工依赖关系判定,提出了一种基于人工蜂群算法的多维函数优化加速方法,该方法包括任务划分、数据分布、同步操作和任务并行。为了证明方法的有效性,以海光处理器为硬件测试平台,对4个多维函数进行对比测试。实验结果表明,与串行人工蜂群算法对多维函数的求解速度相比,该方法对于4个多维函数的求解速度能得到大幅提升。
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关键词
大数据
人工蜂群算法
多维函数
ROCm
HIP模型
海光处理器
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Keywords
Big data
Artificial bee colony algorithm
Multidimensional function
ROCm HIP model
hygon processor
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分类号
S126
[农业科学—农业基础科学]
TP18
[自动化与计算机技术—控制理论与控制工程]
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题名基于海光处理器的安全可控电力整机设计
被引量：2
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作者
胡钢
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机构
研祥智能科技股份有限公司
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出处
《工业控制计算机》
2021年第1期7-8,76,共3页
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文摘
随着国家对信息安全的重视,我国对国民经济重要行业关键设备自主安全可控的应用需求不断扩展,信息安全技术越受重视。基于国产海光平台,搭载海光3185/3135处理器,通过硬件、电源、结构、散热设计以及软硬件适配技术适配湖南麒麟操作系统,设计了2U标准上架型多网口电力整机,EMC性能满足国家电力4级标准要求,应用于电力监控系统网络安全态势感知装置,能够对电力监控系统的安全风险和安全事件进行实时的监视和在线的管理。
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关键词
海光处理器
安全可控
电力整机
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Keywords
hygon processor
security controllable
electric machine
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分类号
TM73
[电气工程—电力系统及自动化]
TP393.08
[自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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