基于LoongArch架构的CRYSTALS-Kyber算法向量优化实现OA

针对新一代国产LoongArch架构缺乏高效后量子密码实现的问题,对NIST标准化的CRYSTALS-Kyber算法进行了系统性向量优化研究。充分利用LoongArch架构的LSX/LASX向量扩展指令集,设计并实现了多项关键技术:通过四路并行策略优化SHA-3哈希函数(SHAKE),加速伪随机数据生成;提出基于向量掩码的并行化拒绝抽样与中心二项分布(CBD)抽样算法,提升采样效率;在核心的数论变换(FNTT/IFNTT)中,利用向量寄存器进行就地计算,消除了冗余内存访问;并结合预乘旋转因子技术优化多项式乘法。实验结果表明,在龙芯3A5000处理器上,优化后的Kyber-512、Kyber-768和Kyber-1024方案,其密钥生成、加密和解密的整体性能相比标准C语言实现均提升70%以上,相比经转译运行的AVX2实现也提升了约40%,为LoongArch生态的后量子密码应用奠定了高效且安全的基础。