A 256-point NTT/INTT processor for Post-Quantum Cryptography ML-KEM

양자 내성 암호 (post-quantum cryptography, PQC)의 key-encapsulation mechanism (KEM) 표준으로 채택된 ML-KEM (module lattice-based KEM)은 다항식 곱셈의 반복 연산을 기반으로 하며, 이를 효율적으로 처리하기 위해 number theoretic transform (NTT)이 필수적으로 사용된다. 본 논문에서는 ML-KEM의 고속 다항식 곱셈을 위한 NTT/INTT의 고성능 하드웨어 구현을 기술한다. 본 논문의 NTT/INTT 프로세서는 radix-4 multi-path delay commutator (MDC) 아키텍처를 채택하여 256점 NTT/INTT를 파이프라인 방식으로 계산한다. NTT와 INTT를 단일 MDC 구조를 사용하여 효율적으로 계산하기 위해 radix-4 버터플라이 유닛과 데이터 재정렬 유닛을 최적화하여 하드웨어 복잡도가 최소화되도록 설계하였다. 프로세서를 Zynq UltraScale+ 디바이스에 구현하여 하드웨어 동작을 검증했으며, 4,203개의 LUT, 2,518개 플립플롭, DSP 블록 8개의 하드웨어 자원이 사용되었다. 256점 NTT/INTT 계산에 142 클록 사이클이 필요하여 최대 450 MHz의 클록 주파수에서 0.31 µs 시간이 소요된다.