Implementation of post-quantum cryptography algorithms based on RISC-V

Abstract

The rapid advancement of quantum computing threatens the security of classiccal cryptographic schemes, including widely used methods such as RSA and ECC. As a response, post-quantum cryptography (PQC) has emerged, with lattice-based schemes like Kyber becoming leading candidates due to their strong security guarantees. This project focuses on the efficient implementation and optimization of Kyber on RISC-V architectures, exploring both the reference and an optimized version of the algorithm. Special attention is given to modular multiplication, where Plantard arithmetic is integrated and evaluated against the standard Montgomery multiplication. The study is conducted across two RISC-V platforms, the K230 and Banana Pi F3 boards, each with distinct microarchitectural characteristics. The results provide insights into the performance trade-offs of different modular multiplication techniques and demonstrate the feasibility of deploying PQC schemes on open, flexible hardware platforms like RISC-V.

El rápido avance de la computación cuántica amenaza la seguridad de los esquemas criptográficos clásicos, incluidos métodos ampliamente utilizados como RSA y ECC. Como respuesta ha surgido la criptografía post-cuántica (PQC), siendo los esquemas basados en retículos, como Kyber, los principales candidatos debido a sus sólidas garantías de seguridad. Este proyecto se centra en la implementación eficiente y optimización de Kyber en arquitecturas RISC-V, explorando tanto la versión de referencia como una versión optimizada del algoritmo. Se presta especial atención a la multiplicación modular, donde se integra la aritmética de Plantard y se evalúa frente a la multiplicación de Montgomery estándar. El estudio se lleva a cabo en dos plataformas RISC-V, las placas K230 y Banana Pi F3, cada una con características microarquitectónicas distintas. Los resultados proporcionan información sobre los compromisos de rendimiento entre las diferentes técnicas de multiplicación modular y demuestran la viabilidad de implementar esquemas de PQC en plataformas de hardware abiertas y flexibles como RISC-V.