Development of Secure Advanced Cryptographic Circuits Pushing the Limit in Cloud FPGAs

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K17893
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 60070:Information security-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Sakamoto Junichi 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 情報・人間工学領域, 研究員 (70909712)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 高機能暗号 / ペアリング / BN254 / BLS12

Outline of Final Research Achievements

In this research, we have developed a high-performance cryptographic implementation that maximizes the performance of cloud FPGAs. In particular, we proposed a fast implementation method of BN254 and BLS12_381 curvilinear pairing ciphers, and achieved throughput 2 to 5 times higher than previous studies, maintaining a high frequency of about 400 MHz even in an extreme environment with 90% resource utilization.
The research results were presented at a national conference and accepted for publication in the international journal IEEE TVLSI.

Free Research Field

情報セキュリティ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高機能暗号のFPGA実装の従来研究の多くにおいて，FPGA回路リソースの数%から数
十%程度しか使用しておらず，回路リソースを全て消費した際の性能について評価した研
究は少ない．また従来研究の多くは100～250MHz程度で動作する実装を提案しており，FPGAの最大動作周波数に迫る性能を発揮する実装も少ない。本研究は，これまでのコストパフォーマンス重視の研究の流れとは異なり，大規模FPGAにおける高機能暗号の性能限界を明らかにすることで，AWS (Amazon WebServices)などの巨大なFPGAをユーザーが利用できるクラウドサービスにおける高機能暗号の普及を促進させるという側面を持つ．