周朕，何德彪，罗敏，李莉

紧凑的Aigis-sig数字签名方案软硬件协同实现方法

周朕1,2，何德彪1,2，罗敏1,2，李莉1,2

（1.空天信息安全与可信计算教育部重点实验室，湖北 武汉 430072； 2.武汉大学国家网络安全学院，湖北 武汉 430072）

基于理想格构造的Aigis-sig数字签名方案具有实现效率高、签名长度短、抗量子攻击等优势。针对Aigis-sig方案，构造了一种改进的模乘计算元件，设计了一种基于快速数论变换（NTT）算法实现环上多项式运算的紧凑硬件架构；同时以此架构为基础，提出了Aigis-sig数字签名方案的FPGA软硬件协同实现方法。实验表明，在Xilinx Zynq-7000 SoC平台上，CPU频率和硬件频率分别设置为666.66MHz和150MHz时，该实现方案相较于纯软件实现，签名阶段和验签阶段分别取得约26%和17%的性能提升。

后量子密码；数字签名；Aigis-sig；现场可编程逻辑门阵列；快速数论变换

1 引言

随着量子计算技术的不断发展与成熟，量子研究学者对可实用量子计算机的研制不断取得突破性的进展[1]。量子计算机在带给人们强大算力的同时，也对基于大整数分解、离散对数问题的传统公钥密码体系构成了一定的威胁。Shor等[2]提出了可以在多项式时间内破解大整数分解问题和离散对数问题的量子算法，一旦足够成熟的量子计算机研制成功并投入使用，传统的密码体系将不再能提供安全性保障。因此，学者对新兴的后量子密码产生了浓厚兴趣，并积极研究如何构造高效安全可实用的后量子密码方案。

作为公认可以抵抗量子计算机攻击的一类密码算法——后量子密码的研发是密码学者应对量子计算威胁的防范措施之一[3]。……