Lumina Blocks
Post-kuantum kriptografi
Önizleme · v0.1.0

LM-PQC-D

ML-DSA dijital imza motoru

  • Yapısı gereği zamanlama ve SPA dirençli
  • Hedged ya da deterministik imzalama
  • Üç parametre setinin tamamı
  • Her FPGA'ya taşınabilir

LM-PQC-D, FPGA ve SoC tasarımlarında dijital imza üretimini ve doğrulamasını donanıma aktarmak için bir post-kuantum kriptografi bloğudur.

Motor, FIPS 204 olarak standartlaştırılan modül kafes tabanlı dijital imza algoritması ML-DSA'yı üç parametre setinin tamamında, yani ML-DSA-44, ML-DSA-65 ve ML-DSA-87'de gerçekler. Anahtar üretimi, imzalama ve doğrulama; sayı teorik dönüşüm (NTT), reddetmeli örnekleyiciler, yuvarlama ve ipucu (hint) fonksiyonları, bit paketleme ve standardın üzerine kurulduğu Keccak süngeri dahil tamamen donanımda yapılır.

Blok, üreticiden bağımsız SystemVerilog olarak teslim edilir ve AMD, Altera ve Efinix cihazlarında aynı kaynaktan derlenir. Beş AXI4-Stream veri portu ve bir AXI4-Lite register haritası sunar; mesaj, açık materyal ve gizli materyal hiçbir zaman aynı portu paylaşmaz. Hedef platforma hızlı entegrasyon için bir ANSI C sürücüsü sağlanır.

Ölçülmüş FPGA sonuçları

Ürün top'ı, bağlam dışı (out of context) ve hedef saatte kısıtlanmış olarak. AMD ve Efinix LUT, Altera ALM raporlar; ikisi hiçbir zaman birleştirilmez.

CihazKonfigürasyonMantıkFFBellekDSPFmax
Altera Agilex 3A3CW135BM16AE6S · quartus-pro 26.1.1DSA_44=1, DSA_65=1, DSA_87=111.939 ALM29.641995 Kb M20K6195,7 MHzhedef 195
AMD Kintex UltraScale+xcku3p-ffva676-1-e · vivado 2026.1DSA_44=1, DSA_65=1, DSA_87=114.877 LUT7.92532 BRAM12250,1 MHzhedef 235
Efinix Titanium Ti375Ti375N1156 · efinity 2026.1DSA_44=1, DSA_65=1, DSA_87=125.365 LUT9.005126 RAM24240,8 MHzhedef 230

Özellikler

Dijital imza

  • Çalışma zamanında seçilebilen ML-DSA-44, ML-DSA-65, ML-DSA-87
  • Anahtar üretimi, imzalama ve doğrulama
  • İmza bazında seçilen hedged ya da deterministik imzalama
  • Mesaj portundan büyük mesajlar için external-mu giriş noktaları
  • HashML-DSA yapıları için M′'yi hazır alan iç giriş noktaları

Standartlar

  • Yuvarlama, ipucu ve reddetme döngüleri dahil FIPS 204'ün tamamı
  • Standardın kullandığı biçimiyle FIPS 202 Keccak süngeri, SHAKE128 ve SHAKE256

Güvenlik

  • Sabit zamanlı veri yolu. Çalışma süresi ve kontrol akışı gizli veriye bağlı değildir; blok yapısı gereği zamanlama analizine ve basit güç analizine dirençlidir
  • Mesaj, açık ve gizli materyal ayrı portlarda; böylece gizli bir yol SoC'nin korumalı bir bölgesinden geçirilebilir ve bu pinlerde görülebilir
  • Hiçbir register adresinde anahtar materyali bulunmaz
  • Çalışma bellekleri ve iç tamponlar her işlemin sonunda sıfırlanır

Entegrasyon

  • AMBA AXI4-Lite kontrol ve beş AXI4-Stream veri arayüzü
  • İki teslim top'ı: eksiksiz AXI ürünü ya da kendi yapınız için yalın motor
  • Tek saat alanı, tek reset
  • ANSI C sürücüsü, UVM RAL, IP-XACT, SystemRDL register tanımı

Uygulamalar

  • Kod imzalama, güvenli açılış ve firmware güncellemesi kimlik doğrulaması
  • Post-kuantum güvenlikli sertifika üretimi ve doğrulaması
  • Klasik ECDSA ya da RSA ile birlikte hibrit imzalar
  • Cihaz kimliği ve attestation
  • İmzalarının onlarca yıl geçerli kalması gereken uzun ömürlü sistemler
  • Güven kökü (root of trust) ve HSM alt sistemleri

Blok diyagramı


Parametre setleri

SetGüvenlik kategorisiAçık anahtarGizli anahtarİmzaRBG gücü
ML-DSA-4421.312 B2.560 B2.420 B128 bit
ML-DSA-6531.952 B4.032 B3.309 B192 bit
ML-DSA-8752.592 B4.896 B4.627 B256 bit

Üçü de her derlemede bulunur ve çalışma zamanında seçilir; üçünün birlikte alanı, tek başına birininkinden çok az fazladır. Boyutları bir tablodan değil, donanımdan okuyarak sürücü raporlar; böylece host FIPS 204 için ikinci bir doğruluk kaynağı taşımak zorunda kalmaz.


Arayüzler

Veriyi beş AXI4-Stream portu, kontrolü bir AXI4-Lite arayüzü taşır. Port sayısı bir kolaylık değil, bir güvenlik özelliğidir: mesaj, açık materyal ve gizli materyal hiçbir zaman aynı teli paylaşmaz.

ArayüzTürGenişlikTaşıdığı
s_axilAXI4-Lite slave32 bit veri, 6 bit adreskonfigürasyon, komut, durum, sayaçlar, uzunluklar
s_axis_msgAXI4-Stream sink32 bit, tkeepimzalanacak ya da doğrulanacak mesaj
s_axis_pubAXI4-Stream sink32 bitaçık anahtar, imza, bağlam dizisi
s_axis_secAXI4-Stream sink32 bittohum, gizli anahtar, hedging rastgeleliği
m_axis_pubAXI4-Stream source32 bitaçık anahtar, imza
m_axis_secAXI4-Stream source32 bitgizli anahtar
irqseviye1 bittamamlanma ve hata olayları

enable düşükken motor boşta bekler ve tüm çıkışlar engellenir.


Güvenlik özellikleri

Zamanlama ve basit güç analizi. Veri yolu gizli veriye göre sabit zamanlıdır: hiçbir dallanma, bellek adresi ya da döngü sınırı gizli bir değere bağlı değildir. Dolayısıyla blok yapısı gereği zamanlama analizine ve basit güç analizine dirençlidir.

Diferansiyel güç analizi kapsam dışıdır. Maskeleme, karıştırma (shuffling) ya da rastgeleleştirilmiş adresleme uygulanmamıştır. Çok sayıda iz toplayabilen bir saldırgana karşı korunması gereken bir uygulama, bu bloğun üzerinde ek önlemler gerektirir.

Hedged ve deterministik imzalama, imza bazında birlikte sunulur. Hedged imzalama, entegratörün RBG'sinden 32 bayt alır; deterministik imzalama bunun yerine sıfır kullanır ve imzayı yalnızca anahtarın ve mesajın bir fonksiyonu yapar. Deterministik imzalama tekrarlanabilir ve test edilebilirdir; hedged imzalama hata enjeksiyonu saldırılarına karşı daha güçlü seçimdir. Seçim bir varsayılana bırakılmaz, açıkça yapılır.

Doğrulanmayan bir imza bir hata değil, bir sonuçtur. Doğrulama, geçerlilik bayrağı sıfır olarak başarıyla döner. Hiçbir istisnai yol sahte bir imzayı bir bus hatasından ayırmaz.

Rastgelelik entegratöre aittir. Blok bir rastgele bit üreteci içermez. FIPS 204 bölüm 3.6.3, parametre setinin güvenlik gücünde onaylı bir RBG ister; sürücü bunu çağıranın sağladığı bir callback'ten alır. LM-DRBG böyle bir kaynaktır.


Konfigürasyon

ParametreTürEtkisi
parametre setiçalışma zamanı (cfg)ML-DSA-44, 65 ya da 87
DSA_44, DSA_65, DSA_87elaborationgerekmeyen bir seti derlemeden çıkarır
top seçimielaborationeksiksiz AXI ürünü ya da yalın motor

Kaynaklar ve performans

Her hedef cihaz için kaynak kullanımı ve maksimum saat frekansı bağlam dışında (out of context) ölçülür ve bu sayfadaki ölçülmüş sonuçlarda hedef bazında yayımlanır. AMD ve Efinix satırları LUT, Altera satırları ALM raporlar; ikisi hiçbir zaman birleştirilmez. İşlem ve parametre seti başına çevrim sayıları da onlarla birlikte yayımlanır; imzalama bir reddetme döngüsü olduğundan maliyeti tek bir sayı olarak değil, bir dağılım olarak raporlanır.


Teslimat içeriği

Öğeİçerik
RTLparametrik, üreticiden bağımsız SystemVerilog
Modelbit doğruluğunda C++ modeli
Register'larSystemRDL kaynağı ve üretilmiş altı dışa aktarım
DoğrulamaUVM RAL, formal property wrapper'ları, ACVP/KAT vektör sürücüleri
Yazılımüretilmiş başlık dosyası ve JSON ile ANSI C referans sürücüsü
PaketlemeIP-XACT, IEEE 1685-2022
Gerçeklemeher FPGA üreticisi için çalıştırılabilir akış script'i, dosya listesi, SDC
Dokümantasyonentegrasyon kılavuzu

Gizlilik ayarları

Bu sitenin neleri kullanabileceğini seçin. Kararınızı her sayfanın altındaki Gizlilik ayarları bağlantısından dilediğiniz zaman değiştirebilirsiniz.

Sitenin çalışması için gerekenler ve burada yaptığınız seçimin kaydı. Kayıt tarayıcınızda tutulur; çerez kullanılmaz.

Her zaman açık

Ziyaretleri saymamıza ve hangi sayfaların işe yaradığını görmemize olanak tanır; reklam ya da siteler arası takip içermez. Şu anda hiçbir analitik aracı kullanmıyoruz, yani seçiminiz ne olursa olsun hiçbir şey yüklenmez.

Çerez politikası · Gizlilik politikası