NTRU Anahtar Kapsülleme Mekanizması İçin Uygulamaya Özel İşlemci Tasarımı

Abstract

Kuantum Sonrası Kriptografi son yıllarda oldukça aktif araştırma alanlarından biri haline gelmiştir. Kuantum çağına uygun, güvenli ve çok geniş bir uygulama alanında kullanıma uygun anahtar paylaşım mekanizmaları ve dijital imza algoritmaları tüm insanlık için kritik ihtiyaçlardandır. Buna yönelik olarak NIST tarafından organize edilen standartlaştırma süreci halen devam etmektedir. Sürecin final aşamasına kadar ulaşan aday anahtar kapsülleme mekanizmalarından birisi de bu alanda bilinen en eski algoritmalarından olan NTRU’dur. Tam sayı kafesler üzerinde tanımlanan En Kısa Vektör Problemi ile kurgulanan NTRU algoritması kuantum sonrası haberleşme sistemleri için hızlı ve güvenli bir alt yapı sunmaktadır. NTRU ile hem klasik bilgisayarlar hem de kuantum bilgisayarlarla yapılabilen ataklara karşı dayanıklı ve ölçeklendirilebilir bir anahtar paylaşım sistemi tasarlanabilir. Ancak bir algoritmanın teorik olarak başarılı olması onun pratik anlamda da uygulanabilir olması anlamına gelmez. Bir algoritmanın dijital sistemlerde kullanılabilir olması için yeterince yüksek performanslı ve verimli olarak çalıştırılabilmesi gerekir. Kriptografi uygulamaları gömülü sistemlerde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu nedenle Kuantum Sonrası Kriptografi algoritmalarının hızlı ve verimli bir şekilde çalışmasını sağlayacak donanım hızlandırıcılar geliştirilmelidir. Bu çalışmada, NTRU için tasarlanmış, Taşıma Tetiklemeli Mimari işlemcilerde kullanılabilecek donanım hızlandırıcılar önerilmektedir. Ayrıca bu komutların eklendiği 64-bit işlemci tasarımı performans, enerji tüketimi ve yonga alanı açısından endüstride yaygın olarak kullanılan RISC-V mimarili işlemcilerle karşılaştırılmaktadır.