Code-based cryptography is one of the main propositions for the post-quantum cryptographic context, and several protocols of this kind have been submitted on the NIST platform. Among them, BIKE and HQC are part of the five alternate candidates selected in the third round of the NIST standardization process in the KEM category. These two schemes make use of multiplication of large polynomials over binary rings, and due to the polynomial size (from 10,000 to 60,000 bits), this operation is one of the costliest during key generation, encapsulation, or decapsulation mechanisms. In this work, we revisit the different existing constant-time algorithms for arbitrary polynomial multiplication. We explore the different Karatsuba and Toom-Cook constructions in order to determine the best combinations for each polynomial degree range, in the context of AVX2 and AVX512 instruction sets. This leads to different kernels and constructions in each case. In particular, in the context of AVX512, we use the VPCLMULQDQ instruction, which is a vectorized binary polynomial multiplication instruction. This instruction deals with up to four polynomial (of degree up to 63) multiplications, the four results being stored in one single 512-bit word. This allows to divide by roughly 3 the retired instruction number of the operation in comparison with the AVX2 instruction set implementations, while the speedup is up to 39% in terms of processor clock cycles. These results are different than the ones estimated in Drucker (Fast multiplication of binary polynomials with the forthcoming vectorized vpclmulqdq instruction, 2018). To illustrate the benefit of the new VPCLMULQDQ instruction, we used the HQC code to evaluate our approaches. When implemented in the HQC protocol, for the security levels 128, 192, and 256, our approaches provide up to 12% speedup, for key pair generation.


翻译:基于代码的加密是后QIST 加密背景的主要提议之一, 并且已经在 NIST 平台上提交了数种协议。 其中, BIKE 和 HQC 是 KEM 类别中第三回合 NIST 标准化进程第三回合中选择的5个候补候选人的一部分。 这两个方案在二进制环上使用大型多分子的乘法, 并且由于多分子的大小( 从 10,000 - 60,000 比特), 此操作是关键生成、 封装或解剖速度机制中最昂贵的成本之一 。 在此工作中, 我们重新审视了现有的不同常数运算算法, 任意的多式多式多式多重式。 我们探索了不同的Karatsuba 和 Toom- Cook 构造, 在 AVX 2 和 AVX 512 指令组中, 这导致不同的内流和构造 QQQQQ 。 在 AVX 中, 我们使用此多式指令的解算法, 将解算算算算为 X 4 。

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