ด้วยความก้าวหน้าของการประมวลผลควอนตัม ทำให้เกิดความท้าทายอย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนต่อวิธีการเข้ารหัสแบบดั้งเดิม อัลกอริทึมที่ครั้งหนึ่งเคยถือว่าปลอดภัย เช่น RSA และ ECC อาจเปราะบางได้อย่างรวดเร็ว และสามารถถอดรหัสได้ภายในไม่กี่วินาทีภายใต้การโจมตีแบบควอนตัม ความเป็นจริงที่เกิดขึ้นใหม่นี้เรียกร้องให้มีการเปลี่ยนแปลงไปสู่การเข้ารหัสควอนตัมแบบย้อนหลัง (PQC) ซึ่งเป็นอัลกอริธึมการเข้ารหัสระดับใหม่ที่ออกแบบมาเพื่อให้แน่ใจว่าข้อมูลมีความปลอดภัยแม้ในยุคควอนตัม
ด้วยความตระหนักถึงความเร่งด่วนของวิวัฒนาการนี้ iWave Global ผู้นำด้าน FPGA และแพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์แบบฝัง จึงได้ร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญด้าน IP ความปลอดภัยระดับฮาร์ดแวร์ของฟินแลนด์อย่าง Xiphera ที่การสนับสนุนการเข้ารหัสความปลอดภัย Agilex ™ Quantum ของ iWave ซึ่งให้บริการบนโมดูลระดับระบบ (SoM) (รองรับ Altera)
ที่ Agilex ™ Xipwera xQfor 5 ® Quantum Security หลังการใช้งาน
XQof Xipwera ® กลุ่มผลิตภัณฑ์นำความสามารถในการเข้ารหัสความปลอดภัยควอนตัมอันทรงพลังมาสู่ฮาร์ดแวร์ FPGA ใช้อัลกอริธึม PQC ที่เป็นมาตรฐานของ NIST ซึ่งรวมถึง ML-KEM (กลไกการห่อหุ้มคีย์) และ ML-DSA (อัลกอริธึมลายเซ็นดิจิทัล) รับประกันความปลอดภัยในระยะยาวจากการโจมตีทั้งแบบดั้งเดิมและควอนตัม
ด้วยความร่วมมือนี้ iWave ประสบความสำเร็จในการแปลงเคอร์เนล xQlift ® IP ของ Xiphera ที่ผสานรวมเข้ากับ Agile ™ SoM ทำให้การทำงานของ PQC ที่เร่งด้วยฮาร์ดแวร์แบบเรียลไทม์ เช่น การแลกเปลี่ยนคีย์และลายเซ็นดิจิทัลโดยตรงในโครงสร้าง FPGA ส่งผลให้มีโซลูชันการเข้ารหัสที่ทนทานต่อช่องสัญญาณด้านข้างที่มีความหน่วงต่ำ ซึ่งช่วยให้ระบบฝังตัวสามารถทนต่อภัยคุกคามควอนตัมในอนาคตได้
ตระหนักถึงไฮไลท์
PQC ดำเนินการผ่าน Agilex ใน iWave™ ซึ่งใช้งานบนแพลตฟอร์ม 5 (รูปที่ 1) โดยใช้แกน IP ML-KEM (Kyber) และ ML-DSA (Dilitisum) ของ Xiphera
Agilex™ 5 SoM ของ iWave
รูปที่ 1: Agile สำหรับ iWave ™ SoM (แหล่งรูปภาพ: iWave)
ความสามารถทางเทคนิคหลัก ได้แก่ :
ความเข้ากันได้กับข้อกำหนด NIST สำหรับ ML-KEM และ ML-DSA
การป้องกันการโจมตีช่องทางด้านข้างตามลำดับเวลา
ประสิทธิภาพสูงสำหรับการดำเนินการเข้ารหัสหลายพันรายการต่อวินาที
บูรณาการได้ง่ายผ่านอินเทอร์เฟซแบบฝังมาตรฐาน
การตั้งค่าสภาพแวดล้อมการสาธิต:
สภาพแวดล้อมการสาธิตประกอบด้วยบอร์ด iWave FPGA ที่ใช้ Altera Agilex ซึ่งเชื่อมต่อกับแล็ปท็อป Linux (รูปที่ 2) FPGA ใช้งานแกน IP ของ Xippera ML-KEM, ML-DSA และ TRNG และโปรเซสเซอร์ RISC-V แบบซอฟต์คอร์ที่จัดการการสื่อสารของระบบ การดำเนินการเข้ารหัส (การห่อหุ้มคีย์และลายเซ็นดิจิทัล) ดำเนินการโดยตรงบน FPGA ซึ่งแสดงความปลอดภัยจากการโจมตีควอนตัมแบบเรียลไทม์
อุปกรณ์ FPGA: A5ED065BB32AE5SR0
การตั้งค่าการสาธิตด้วยบอร์ด iWave FPGA ที่ใช้ Altera Agilex ™ 5 เชื่อมต่อกับแล็ปท็อป Linux
รูปที่ 2: สภาพแวดล้อมสาธิตถูกสร้างขึ้นโดย ™ บอร์ด iWave FPGA จำนวน 5 ตัวเชื่อมต่อกับแล็ปท็อป Linux และสร้างขึ้น แหล่งที่มาของภาพ: iWave)
เหตุใดจึงเลือก Agile สำหรับ iWave ™ SoM จึงใช้เพื่อรับรู้ PQC
โมดูลระดับระบบ IW-RainboW-G58M (รูปที่ 3) ใช้ Agilex ™ E Series ซึ่งออกแบบมาสำหรับแอปพลิเคชันแบบฝังประสิทธิภาพสูงที่ต้องการทั้งความเร็วและความปลอดภัย SoM ประกอบด้วย:
ห่อหุ้ม Agile ด้วย B32A ™ E series FPGA
GB LPDDR4 (สำหรับ HPS) และ LPDDR4 ขนาด 2 GB คู่ (สำหรับสถาปัตยกรรม FPGA)
GB eMMC (ปรับขนาดได้) และแฟลชการกำหนดค่า QSPI 1 Gb
เครื่องรับส่งสัญญาณสูงสุด 28 Gbps
มากถึง 656080 หน่วยลอจิคัล
การเชื่อมต่อ PCIe Gen4, DDR4 และ 2.5 G Ethernet PHY
Bootstrap ความปลอดภัยในตัว, Hardware Trust Root และการเข้ารหัส Bitstream Protection
iWave FPGA SoM ที่ใช้ Agilex ™ 5
รูปที่ 3: SoM ™ IWave FPGA ที่ใช้ Agilex สำหรับ 5 (แหล่งรูปภาพ: iWave)
โมดูลขนาดกะทัดรัดเพียง 60 มม. x 70 มม. นี้รองรับอุปกรณ์ซีรีส์ Agilex ™ SoC FPGA E รวมถึงอุปกรณ์ Group A (A5E065A/052A/043A/028A/013A) และ Group B (A5E065B/052B/043B/028B/013B/008B)
Gg SoC ผสานรวม Dual Arm ® Cortex ®- A76 และ Dual Cortex ®- โปรเซสเซอร์ A55 พร้อมด้วยบล็อก DSP ที่รองรับ AITensor ทำให้เกิดความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพกับประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับปริมาณงานการเข้ารหัสรุ่นต่อไป
Agilex ™ การประยุกต์ใช้ PQC ในทางปฏิบัติ
ที่ Agilex ™ Integrated PQC บน SoM เปิดประตูสู่การออกแบบระบบรักษาความปลอดภัยควอนตัมในหลายอุตสาหกรรม:
การป้องกันและการบินและอวกาศ: การรับรองการสื่อสารที่สำคัญต่อภารกิจและการรักษาความปลอดภัยการเชื่อมโยงดาวเทียม
โทรคมนาคม: มอบความปลอดภัยแห่งอนาคตสำหรับเครือข่าย 5G/6G พร้อมความยืดหยุ่นในการเข้ารหัสระยะยาว
ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม: การปกป้องเฟิร์มแวร์และการถ่ายโอนข้อมูลในโรงงานที่เชื่อมต่อถึงกัน
ยานพาหนะ: การสื่อสาร V2X ที่ปลอดภัยและการอัพเดตเฟิร์มแวร์ OTA
การดูแลสุขภาพ: เพื่อปกป้องข้อมูลผู้ป่วยและอุปกรณ์ทางการแพทย์ตลอดวงจรการใช้งานของอุปกรณ์
การเงิน: การปกป้องธุรกรรมดิจิทัลและระบบการชำระเงินอัจฉริยะจากภัยคุกคามควอนตัม
ด้วยความร่วมมือนี้ iWave และ Xipwera ได้สาธิตการใช้งาน PQC ที่ใช้ฮาร์ดแวร์ ซึ่งไม่เพียงแต่ตรงตามเกณฑ์มาตรฐานด้านความปลอดภัยในปัจจุบัน แต่ยังคาดการณ์ข้อกำหนดการเข้ารหัสในอนาคตอีกด้วย