이 논문은 아이소제니 기반 암호 SQIsign의 곡선 연산을 재구성해 AVX-512IFMA로 대규모 SIMD 병렬화를 구현했다. 몽고메리 사다리, 배치 점 배가, 벡터화 이중스칼라 사다리, 페어링 단계 융합 등을 통해 데이터를 radix-2^51 벡터 표현으로 유지하는 종단간 구현을 개발했다. 참조 C 구현 대비 NIST 보안수준 I에서 키 생성 1.76배, 서명 1.71배, 검증 3.18배 속도 향상을 달성했고, Qlapoti와 결합하면 키 생성·서명 속도 향상이 각각 2.90배, 2.69배로 늘어난다. 동일 기법을 이차원 아이소제니 그룹 액션 기반 CORAL에도 적용해 1.28~2.46배 속도 향상을 확인, 알고리즘 수준 SIMD 스케줄링이 고차원 아이소제니 암호 전반에 재사용 가능한 최적화임을 입증했다.
- •SQIsign 곡선 연산을 AVX-512IFMA로 재설계, radix-2^51 벡터 표현 사용
- •참조 구현 대비 키생성 1.76배, 서명 1.71배, 검증 3.18배 속도 향상
- •Qlapoti 결합 시 키생성·서명 속도 향상 각각 2.90배, 2.69배로 확대
- •CORAL(2차원 아이소제니 그룹 액션)에도 적용해 최대 2.46배 속도 향상 확인
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Exposing SIMD Parallelism in SQIsign: An AVX-512 Implementation
- 1.SQIsign 암호 연산에 AVX-512IFMA 벡터화를 적용해 키생성·서명·검증을 각각 1.76배·1.71배·3.18배 고속화
- 2.Qlapoti와 결합 시 키생성 2.90배, 서명 2.69배까지 속도 향상
- 3.동일 기법을 CORAL 키교환 알고리즘에도 적용해 공유키 계산 최대 2.46배 가속 확인
- 4.필드 곱셈만 벡터화하지 않고 고차원 아이소제니 연산 그래프 자체를 재구성한 것이 핵심
왜 중요한가?
SQIsign은 NIST 후처리양자서명 후보 중 하나로, 실용 속도 확보는 포스트양자암호 표준의 실제 배포 가능성을 높이는 실질적 진전이다.
본문 미리보기
Modern isogeny-based cryptosystems spend much of their running time in finite-field, elliptic-curve, and higher-dimensional isogeny arithmetic. Exploiting SIMD parallelism in these computations is nevertheless nontrivial: central routines such as Montgomery ladders contain loop-carried dependencies, while point, pairing, and theta-coordinate formulas expose only irregular fine-grained parallelism. We show that substantial SIMD parallelism can be recovered by reorganizing the arithmetic dependenc
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