國(guó)芯科技與信大壹密聯(lián)合推出抗量子密碼芯片，助力新時(shí)代數(shù)字經(jīng)濟(jì)安全發(fā)展

作者：愛(ài)集微 05-07 13:10

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近日，從國(guó)芯科技再次傳來(lái)喜訊，國(guó)芯科技與鄭州信大壹密科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“信大壹密”) 合作研發(fā)的抗量子密碼芯片AHC001新產(chǎn)品于近日在公司成功通過(guò)內(nèi)部性能和功能測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了公司信息安全芯片產(chǎn)品的抗量子化提升。

本次國(guó)芯科技與信大壹密聯(lián)合研發(fā)成功的抗量子密碼芯片AHC001是基于國(guó)產(chǎn)28nm工藝制程、采用公司自主CPU內(nèi)核設(shè)計(jì)的一款可重構(gòu)低功耗抗量子密碼算法芯片，典型工作功耗和靜態(tài)低功耗可分別低至350mW和0.13mW左右。芯片內(nèi)集成了抗量子密碼算法引擎、ECC引擎以及對(duì)稱密碼處理器?？沽孔用艽a算法引擎采用可重構(gòu)電路技術(shù)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)可重構(gòu)指令可以定制不同的抗量子密碼算法，該引擎模塊支持ML-KEM-512/ML-KEM-768/ML-KEM-1024密鑰對(duì)生成算法、密鑰封裝/解封裝算法、加密/解密算法；支持ML-DSA-44/ML-DSA-65/ML-DSA-87密鑰對(duì)生成算法、簽名算法和驗(yàn)簽算法；支持256/512/1024/4096點(diǎn)NTT /INTT /DWT /IDWT運(yùn)算，并支持4路并行NTT高性能計(jì)算；同時(shí)還支持中心二項(xiàng)分布采樣/拒絕采樣等常用的采樣算法；可以靈活地支持主流基于格原理的抗量子密碼算法，如Kyber512 /Kyber768 /Kyber1024加密算法、Dilithium2 /Dilithium3 /Dilithium5數(shù)字簽名算法，其中：抗量子密碼算法Kyber512密鑰生成速度達(dá)到3600次/s、加密速度達(dá)到2600次/s和解密速度可達(dá)到1300次/s；Dilithium2算法密鑰生成速度達(dá)到990次/s、簽名速度達(dá)到300次/s和驗(yàn)簽速度達(dá)到500次/s。同時(shí)AHC001芯片集成的ECC引擎支持實(shí)現(xiàn)國(guó)密SM2算法，可重構(gòu)對(duì)稱密碼處理器可以采用可重構(gòu)指令方式實(shí)現(xiàn)國(guó)密算法SM3/SM4等算法和國(guó)際通用算法DES/AES/SHA等算法。AHC001芯片內(nèi)置真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，并具有電壓檢測(cè)、溫度檢測(cè)、頻率檢測(cè)、電源毛刺檢測(cè)、光檢測(cè)和金屬防護(hù)網(wǎng)等多種安全防護(hù)設(shè)計(jì)。AHC001芯片支持USB3.0接口、SD3.0/EMMC5.0接口、百兆以太網(wǎng)接口、SSI/SPI接口以及UART、ISO7816、I2C等必要的低速外設(shè)。AHC001芯片具備低功耗、算法可重構(gòu)、高安全性以及高擴(kuò)展性特點(diǎn)，可用于多種應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品高安全防護(hù)，適用于今后對(duì)安全要求較高的各種端和邊緣側(cè)設(shè)備場(chǎng)合。

近些年來(lái)，隨著量子計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)密碼算法的安全性受到極大挑戰(zhàn)。一方面，以Shor算法、Grover搜索算法、量子傅里葉變換算法為代表的量子算法相繼被提出，這些算法在量子計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，理論上可以顯著縮短傳統(tǒng)密碼算法所依賴數(shù)學(xué)問(wèn)題的求解時(shí)間。例如Shor算法能夠高效解決大數(shù)分解和離散對(duì)數(shù)等數(shù)學(xué)難題，而這些難題正是目前廣泛使用的公鑰算法（如SM2、ECC和RSA）的理論基礎(chǔ)。由此可推知，一旦量子計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展成熟，當(dāng)前使用的許多密碼算法都將被輕松破解，從而導(dǎo)致大范圍敏感信息泄露，甚至造成國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施癱瘓、國(guó)家信任體系崩潰、國(guó)家安全受損等嚴(yán)重后果。另一方面，量子計(jì)算芯片和量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)正在快速推進(jìn)。2024年12月，谷歌宣布研發(fā)出105量子比特的量子處理器“威洛（Willow）”，宣稱該芯片只用5分鐘即可完成現(xiàn)有運(yùn)行速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)要1025年才能完成的任務(wù)，后者的時(shí)間跨度甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了宇宙的年齡。

未來(lái)，在量子計(jì)算機(jī)面前，作為傳統(tǒng)密碼算法根基的數(shù)學(xué)難題將毫無(wú)安全性可言，進(jìn)而依賴傳統(tǒng)密碼算法而構(gòu)建的信息安全系統(tǒng)及各種應(yīng)用將面臨嚴(yán)峻的安全問(wèn)題。諸如金融、通信、電力、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等，這些關(guān)鍵領(lǐng)域的信息安全關(guān)系著國(guó)計(jì)民生、社會(huì)穩(wěn)定，若存在密碼體系被完全攻破的潛在威脅，將完全不可接受。因此，在量子計(jì)算威脅即將來(lái)臨之際，提前實(shí)現(xiàn)信息安全防護(hù)能力從傳統(tǒng)密碼防護(hù)向抗量子密碼防護(hù)的躍升、將傳統(tǒng)的密碼算法全面遷移到抗量子密碼算法便成了應(yīng)有之義。各行業(yè)信息基礎(chǔ)設(shè)施和關(guān)鍵信息系統(tǒng)需在大規(guī)模量子計(jì)算機(jī)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用前完成密碼基礎(chǔ)設(shè)施的更新、密碼技術(shù)體系的升級(jí)，這不僅是關(guān)乎安全的迫切需求，也是推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的關(guān)鍵舉措。由此可見(jiàn)，抗量子遷移不僅覆蓋面廣且勢(shì)在必行，潛在市場(chǎng)需求或蔚為可觀。

本次內(nèi)測(cè)成功的抗量子密碼芯片AHC001可以同時(shí)支持傳統(tǒng)密碼算法和抗量子密碼算法應(yīng)用，采用AHC001芯片的安全產(chǎn)品或設(shè)備可以通過(guò)傳統(tǒng)密碼算法和抗量子密碼算法共存方式，逐步進(jìn)行抗量子密碼算法應(yīng)用遷移；在保障原有業(yè)務(wù)不受影響的情況下，開(kāi)展抗量子密碼算法在新業(yè)務(wù)中應(yīng)用，既滿足現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)密碼應(yīng)用，又能有效抵御量子計(jì)算攻擊，增強(qiáng)安全產(chǎn)品或設(shè)備抗量子計(jì)算攻擊的能力。

此次由國(guó)芯科技與信大壹密聯(lián)合研發(fā)成功的AHC001芯片可以廣泛應(yīng)用于金融、通信、電力、物聯(lián)網(wǎng)等有高安全要求的信息安全設(shè)備中，可作為公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PublicKey Infrastructure，PKI）參與數(shù)字安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，助力保障新時(shí)代數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展。國(guó)芯科技將持續(xù)發(fā)揮在信息安全領(lǐng)域之所長(zhǎng)，在量子時(shí)代到來(lái)之前，為構(gòu)建起更加堅(jiān)固的信息安全防線貢獻(xiàn)“芯”的力量。