NTRU格上高效紧凑密钥封装方案

基于NTRU格设计后量子密钥封装方案是格密码领域主流方向之一.为降低密文尺寸,现有方案会引入额外的困难性假设和使用纠错码来辅助压缩密文,但这会导致方案的假设过强和实现更复杂.为克服这些障碍,提出了一个仅基于NTRU单向困难性假设、不使用纠错码也能压缩密文的高效紧凑的密钥封装方案LTRU.给出一套性能均衡的LTRU参数集:具有128 b量子安全强度、与之匹配且可忽略的错误率、较小的公钥尺寸和密文尺寸.LTRU基于NTT友好环构造,给出一种高效的混合基数论变换算法来计算该环上多项式运算还给出了LTRU的C实现和AVX2实现.与NIST第3轮决赛方案NTRU-HRSS相比,LTRU的经典安全强度和量子安全强度分别增强6 b和5 b,LTRU的公钥尺寸降低14.6%,密文尺寸降低26.0%,总带宽降低20.3%;在AVX2实现的密钥生成和解封装算法上分别快了10.9倍和1.7倍.

西安南门古城墙的动力特性及地震响应分析

为了评估地震作用对文化遗址的影响,进一步保护古建筑,本文以西安南门古城墙为研究对象,运用ANSYS软件建立了古城墙的三维有限元模型,通过输入经典的三向El-Centro波加速度记录,采用完全瞬态分析对其进行了有限元数值模拟计算与分析,研究了古城墙的动力特征及地震响应,从而得到了古城墙的固有频率和振型以及地震作用下各测点的位移时程响应曲线和加速度时程响应曲线,通过对各个时程曲线进行分析,可以得到地震作用下古城墙各测点在三个方向上的最大位移值和最大加速度值以及各自发生的具体时刻。结果表明:在地震作用下,古城墙的竖向位移和竖向加速度均明显小于水平位移和水平加速度,且各自最大值均发生在城墙顶部,自上而下依次呈明显衰减趋势。本研究可为古城墙的保护和修缮提供理论依据和技术指导。

桥梁隧道施工常见问题与控制对策

随着经济社会的快速发展,我国桥梁隧道工程数量不断增加,对桥梁隧道施工过程中的质量要求也越来越高。本文分析了桥梁隧道施工中的常见问题,并提出了桥梁隧道施工的控制对策。

基于小波包能量谱的西安钟楼木结构的损伤识别

应用小波包能量谱对环道行驶地面交通下的西安钟楼木框架结构进行损伤识别分析,构建了能量比偏差和能量比方差两个损伤识别敏感性指标。从小波函数的选择、小波包分解层次的选择、损伤敏感性和噪声的影响方面进行了分析研究。结果表明:两个指标都能有效地发现钟楼木框架结构的损伤,随着损伤程度增加,损伤识别越明显;在损伤初期,能量比偏差识别效果优于能量比方差,随着损伤的积累,能量比方差损伤敏感性优于能量比偏差;两个指标对不同损伤区域和损伤构件的损伤敏感性不同;在信噪比SNR≥40dB时,两指标都能准确地识别钟楼木结构的损伤,提高信噪比,两指标的敏感性增强,具有一定的抗噪声干扰能力,可为环境激励下古建筑木结构损伤识别的研究提供理论依据。

NTT架构研究及其FPGA硬件优化实现

量子计算机的发展对现有公钥体系的影响是实质性的.在众多后量子密码流派中,格基密码方案因其安全性、高效性等优良特点而成为了主流技术路线.密码算法在各实现平台的运行效率是后量子算法评估进程中的重要指标.FPGA(Field Programmable Gate Array)具有并行性架构,是密码体系实际部署时的重要硬件平台.近年来,后量子算法的硬件优化实现研究吸引了越来越多的关注.针对格基密码算法中计算复杂度最高、耗时最长的操作——环上多项式乘法计算,本文对主流的加速技术——数论变换技术(Number-Theoretic Transform,NTT)进行了系统研究,根据参数不同将其分为标准NTT(Standard-NTT,SNTT)、删减NTT(Truncated-NTT,TNTT)、混合NTT(Hybrid-NTT,HNTT).为了提高适用性,设计了一种统一型、可常数时间执行、支持多参数的硬件电路,支持三种NTT架构,结合Karatsuba技巧,将对应系数相乘中乘法次数减少20%.针对NTT的核心操作——蝴蝶变换,设计了一种紧凑型、低时延的电路结构,可实现正向NTT、对应系数相乘、逆向NTT功能,同时支持CooleyTukey和Gentleman-Sande两种结构;提出一种新的系数访存模式,采用“交叉存储型”结构,使用双口BRAM将计算后的系数“对角交叉”变换位置后存储在原地址,利用双Bank存储模式满足蝴蝶变换单元的数据吞吐量;对Barrett约减算法进行修改,提出一种适用于多模值的模约减硬件单元,用加法和移位代替其中的乘法操作,减少乘法器资源的消耗.本方案使用Verilog HDL语言在Xilinx公司Artix-7系列XC7A200TFBG484-2型号FPGA芯片上进行了纯硬件优化实现.与当前研究相比,本设计在面积上减少12%-62.6%,时间上提升5.5%-49.8%.此外,我们还对高吞吐量的并行设计进行了优化实现,优化后的二并行、四并行架构时间上分别加速两倍、四倍,面积消耗仅为单结构的1.45倍、2.58倍.

基于模格MLWR的密钥封装方案优化与高效实现

格密码因其在安全性、密文尺寸和计算效率等方面性能均衡,同时具有构造简单和通用性强等优点,被认为是最有前景的后量子密码技术路线之一.基于模格MLWR的Saber密钥封装方案是NIST后量子密码标准征集第三轮公布的七个决赛算法之一,对Saber方案的优化和高效实现有重要的现实意义.本文针对Saber通过大量测试提出一组新参数,所提出的新参数可以在安全强度、错误率和带宽方面取得更好的平衡.为了提升实现效率,我们将数论变换(NTT)和显式中国剩余定理(CRT)应用于其中基础且耗时的多项式乘法,并根据新参数(向量维数、多项式维度、模数和中心二项分布参数)的具体取值,最终选取两个NTT友好素数:q1=7681和q2=3329.接下来,本文基于256位高级向量扩展(AVX2)对Saber新参数的关键模块进行了较为系统的实现和优化,包括:约减模块、多项式运算模块、中心二项分布模块、私钥序列化模块、并行压缩模块以及并行编码/解码模块等.性能测试结果表明,本文在多项式乘法模块相比于目前存在的Saber实现算法性能平均提升约37%.相比于Saber Round3的AVX2实现,我们密钥生成算法性能提升约21%,密钥封装算法提升约23%,密钥解封装算法提升约23%.本文工作对后量子密码算法的优化和实际应用具有现实意义.