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透過混合式 NTT/FFT 分段設計提升 Kyber 演算法之 Side-Channel Attack 抵抗能力
(2025) 鄭琮達; Cheng, Tsung-Ta
量子計算技術的快速發展使傳統公鑰加密演算法面臨潛在破解風險，後量子密碼學（Post-Quantum Cryptography, PQC）因而成為資訊安全的重要發展方向。Kyber 作為基於網格問題的代表性 PQC 演算法，雖具備強大的抗量子攻擊能力，但在硬體實作層面仍存在旁通道攻擊（Side-Channel Attack, SCA）的風險。特別是解密流程中的多項式乘法，因其執行時間高度穩定，易被攻擊者藉由時序分析推測密鑰資訊。為降低此風險，本研究提出一種結合數論變換（NTT）與快速傅立葉變換（FFT）的混合式分段運算架構，應用於 Kyber 的解密流程。該架構將多項式拆分為多段子多項式，並在每段運算中隨機選擇使用 NTT 或 FFT，使解密執行時間呈現不規律性，以干擾攻擊者的時間分析。研究以 Chipyard 開源硬體平台為基礎，整合 RISC-V 處理器與 FFT 硬體加速器，並於 Genesys2 FPGA 上進行實作與驗證。實驗結果顯示，所提出的混合式架構在不影響解密正確性的前提下，能有效增加執行時間的隨機性，並保持在可接受的硬體資源消耗範圍內。此結果證實該設計具備實作可行性及抗時間型 SCA 的潛力，為未來後量子密碼學的安全部署提供實用參考。