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后量子密码学通过eFPGA集成至SoC

2026-07-20   EE Times
阅读时间约 3 分钟
后量子密码学(PQC)——寻求在现代片上系统(SoC)设计中占据一席之地——已找到新路径:嵌入式现场可编程门阵列(eFPGA)。与传统固定硅基加密引擎不同,后者在安全标准演进时通常需昂贵的硅片重制,该方案采用eFPGA,通过新比特流实现PQC IP部署,从而避免重复流片。
eFPGA硬核IP供应商QuickLogic已与PQC IP核供应商PQSecure合作,将PQC作为可重编程功能集成至SoC中,依托其eFPGA硬核IP架构。PQSecure的CRYSTAL-1000C PQC IP核——面向美国国家标准与技术研究院(NIST)最终确定的标准FIPS 203(ML-KEM)与FIPS 204(ML-DSA)——已完成在eFPGA IP核内的布局布线,并成功整合进SoC设计流程。
QuickLogic现场应用工程师Trey Peterson表示:“此次合作充分展现了eFPGA硬核IP的理想应用场景。我们已证实,这种可重编程方案当前即可无缝运行,同时为未来灵活升级预留空间。”
PQSecure PQC IP映射至QuickLogic eFPGA结构中,可实现现场可升级的后量子安全防护,无需昂贵硅片重制。(来源:QuickLogic)
Peterson进一步指出,SoC可通过加载新比特流,在现场更新其加密引擎:包括更换算法参数集、在过渡阶段并行运行经典与后量子混合模式,以及修补侧信道漏洞而无需重新制造芯片。“后量子密码迁移是一个持续演进过程,而非一次性事件,”他补充道,“因此,今日将安全引擎固化于硅片中的SoC设计者,将面临本可避免的高昂重制成本。”
这一特性对部署周期长的应用尤为关键:航空航天、国防及工业领域。因此,该eFPGA方案融合了硬件级安全与现场可升级能力,使加密功能随标准演进而动态调整。
然而,在组织被建议于2030年前完成向量子安全体系过渡的当下,推动PQC部署的核心动因究竟是什么?简言之:即“先窃取、后解密”(Harvest Now, Decrypt Later,HNDL)策略。
先窃取、后解密
该现象运作机制如下:攻击者当前截获加密通信数据,虽无法用现有计算机解密,但可长期存储;待足够强大的量子计算机问世后,再回溯性解密信息。
换言之,攻击者可在具备密码相关量子计算能力之前先行窃取数据,留待未来解密。这对医疗与金融等敏感数据构成潜在灾难性威胁。例如:2026年采集的医疗数据,在2035年量子计算机商用化时仍具高度敏感性。
尽管NIST设定的时间表要求在2030年前逐步淘汰ECC与RSA等传统算法,并于2035年前全面完成PQC迁移,但“先窃取、后解密”威胁要求我们必须立即行动。(来源:Palo Alto Networks)
因此,对于保护机密信息、知识产权、财务记录、医疗数据及政府通信的机构而言,风险已然开始。正因如此,联邦机构已率先启动密码资产清查,并依据NIST标准化PQC算法制定迁移计划。
另一佐证来自谷歌:其利用人工智能优化Shor算法在成熟量子计算机上的运行效率,大幅降低破解当前加密所需物理量子比特数量,从而显著缩短通向所谓“Q-Day”(量子日)这一灾难性事件的时间窗口。
量子时代下的密码敏捷性
PQC引入更大密钥尺寸、更高计算开销、新型算法类别,并改变安全启动、固件更新及设备身份认证模型。更重要的是,它要求系统具备密码敏捷性,以适应不断演变的安全标准。
尽管PQC算法可通过软件更新部署,但长期来看,系统必须能随加密标准、威胁态势与安全需求变化而自适应演化。此时,硅级构建且支持现场更新的硬件安全方案便成为关键——PQC算法可在不重设计芯片的前提下持续演进。
QuickLogic将其eFPGA IP与PQSecure的PQC IP核结合用于SoC设计,正是一个典型范例:该可重构架构在威胁环境变化时无需重新流片,即可保障硬件安全的前瞻性。
此类设计案例表明,PQC技术正从研究规划迈向工程落地,加速融入长期网络安全战略。与此同时,后量子算法与经典加密加速器在未来数年很可能以混合模式协同共存。
因此,真正的量子安全加密加速方案必须同时支持PQC与经典算法(如RSA与椭圆曲线密码ECC),以满足混合部署需求;并须通过固件而非硅片重制实现算法更新。
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