電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）抗量子密碼芯片作為融合量子物理原理與經(jīng)典密碼學(xué)的新型安全芯片，其核心使命在于抵御量子計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)加密體系帶來(lái)的嚴(yán)峻威脅。該芯片的核心技術(shù)涵蓋量子隨機(jī)數(shù)生成、抗量子算法集成以及硬件安全防護(hù)等方面，目前已在金融、通信、能源、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

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近日，國(guó)芯科技宣布，其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，于近期在公司內(nèi)部順利通過(guò)性能和功能測(cè)試。此次成功測(cè)試，標(biāo)志著國(guó)芯科技在信息安全芯片產(chǎn)品的抗量子化升級(jí)方面取得了重要突破。
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抗量子密碼芯片基于量子密碼算法實(shí)現(xiàn)硬件化，這對(duì)算法和硬件都提出了極高要求。目前，抗量子算法的核心類型主要包括格密碼（Lattice-based Cryptography）、編碼理論密碼（Code-based Cryptography）和多變量密碼（Multivariate Cryptography）等。不同算法各有側(cè)重，例如美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）標(biāo)準(zhǔn)化的 Kyber（密鑰封裝機(jī)制）、Dilithium（數(shù)字簽名方案）均屬于格密碼，它們基于格上困難問(wèn)題構(gòu)建，能夠有效抵抗 Shor 算法攻擊。?

除了先進(jìn)的算法，抗量子密碼芯片還需實(shí)現(xiàn)硬件級(jí)安全增強(qiáng)。其中，加入算法引擎以進(jìn)行算法硬件加速是關(guān)鍵一環(huán)，通過(guò)專用邏輯電路對(duì)大數(shù)運(yùn)算、多項(xiàng)式乘法等核心操作進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，側(cè)信道攻擊防護(hù)和密鑰全生命周期管理也至關(guān)重要：前者通過(guò)集成掩碼技術(shù)、功耗均衡設(shè)計(jì)，抵御攻擊者利用芯片功耗、電磁輻射等途徑竊取密鑰；后者則內(nèi)置真隨機(jī)數(shù)生成器、密鑰安全存儲(chǔ)單元，確保密鑰從生成、存儲(chǔ)到銷毀的全流程安全。
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據(jù)介紹，抗量子密碼芯片 AHC001 基于國(guó)產(chǎn) 28nm 工藝制程打造，采用國(guó)芯科技自主 CPU 內(nèi)核設(shè)計(jì)，是一款可重構(gòu)低功耗抗量子密碼算法芯片。其典型工作功耗低至 350mW，靜態(tài)低功耗更是僅為 0.13mW 左右 。
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該芯片內(nèi)部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。其中，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 / 拒絕采樣等常用采樣算法。憑借這些特性，AHC001 芯片能夠靈活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。具體性能表現(xiàn)上，抗量子密碼算法 Kyber512 的密鑰生成速度可達(dá) 3600 次 /s、加密速度達(dá) 2600 次 /s、解密速度達(dá) 1300 次 /s；Dilithium2 算法的密鑰生成速度為 990 次 /s、簽名速度為 300 次 /s、驗(yàn)簽速度為 500 次 /s。
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此外，AHC001 芯片內(nèi)置真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，并配備電壓檢測(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)，進(jìn)一步保障芯片的安全性和可靠性。?
AHC001 芯片是國(guó)芯科技在量子安全領(lǐng)域的又一重大成果。此前，該公司已推出多款量子相關(guān)的安全芯片或方案。例如，量子安全芯片 A5Q 由國(guó)芯科技的端安全芯片 A5、光信號(hào)處理芯片 AGC001 和兩顆光量子噪聲源芯片，采用多芯片封裝技術(shù)合封而成。其中，AGC001 和光量子噪聲源芯片為國(guó)芯科技參股公司合肥硅臻芯片技術(shù)有限公司的產(chǎn)品。A5Q 芯片可替代傳統(tǒng)的 SE 芯片，應(yīng)用于各類信息安全終端，其按照 GM/T 0008《安全芯片密碼檢測(cè)準(zhǔn)則》第二級(jí)要求設(shè)計(jì)，具備低功耗、高性能、多功能及高安全性等特點(diǎn)。
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另一款 CCM3310SQ-T 芯片采用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 32 位 CPU 安全內(nèi)核 CS0 進(jìn)行設(shè)計(jì)，內(nèi)部合封高速量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，能夠提供基于量子密鑰的身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)加解密功能。該芯片同樣具有低功耗、高性能、多功能及高安全性等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于智能密碼鑰匙、加密板卡、網(wǎng)上銀行、視頻監(jiān)控、移動(dòng)支付、數(shù)據(jù)安全、保密通信、電力與能源、電信網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域，其典型工作頻率為 60MHz。
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在量子密碼卡方面，國(guó)芯科技的量子 Mini PCI-E 密碼卡 CCUPM2Q04 頗具代表性。CCUPM2Q04 基于國(guó)芯科技安全芯片設(shè)計(jì)，集成高速量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，按照《PCI 密碼卡技術(shù)規(guī)范》、GM/T 0018《密碼設(shè)備應(yīng)用接口規(guī)范》和 GM/T 0028《密碼模塊安全技術(shù)要求》第二級(jí)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。該密碼卡支持 Windows、Linux 以及麒麟、UOS 等操作系統(tǒng)，適配龍芯、飛騰、兆芯、海光等多種平臺(tái)，能夠?yàn)楦黝惏踩脚_(tái)提供多線程、多進(jìn)程和多卡并行處理的高速密碼運(yùn)算服務(wù)。
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結(jié)語(yǔ)

抗量子密碼芯片是 “后量子密碼” 從理論邁向?qū)嵺`的關(guān)鍵載體，通過(guò)硬件級(jí)集成有效解決了量子計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)加密體系的顛覆性威脅。隨著相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的逐漸成熟，抗量子密碼芯片有望成為金融、能源、通信等領(lǐng)域的安全標(biāo)配，推動(dòng)信息安全從 “概率安全” 向 “理論安全” 升級(jí)。在此背景下，國(guó)芯科技與信大壹密合作研發(fā)的 AHC001 芯片，憑借其先進(jìn)的技術(shù)和出色的性能，未來(lái)發(fā)展前景十分廣闊。