AVX-512加速的Dilithium签名实现

签名加速2.4倍

专门面向AVX-512指令集的完整签名方案优化，超越现有AVX2实现。

Jie-Yu, Zheng · Haoliang, Zhu · Zhenyu, Song · Zheng, Wang · 赵运磊

IEEE Transactions on Dependable and Secure Computing 2025

参数信息

多项式乘法加速比

47 %

多项式乘法加速比

66 %

密钥生成加速比

2.25 ×

密钥生成加速比

2.07 ×

密钥生成加速比

2.20 ×

签名加速比

2.07 ×

签名加速比

2.13 ×

签名加速比

2.36 ×

技术优势

乘法更快

新提出的 PSPM-TEE 在 AVX2 和 AVX-512 上均比传统 NTT 快47%-66%，直接加速签名过程。

约减更简单

采用比 Montgomery 更简单的定制约减方法，并利用 AVX-512IFMA 进一步减少 CPU 周期。

省时也省空间

全向量化实现同时优化时间和空间效率，相比现有 AVX2 实现密钥生成最高快2.25倍、签名快2.36倍、验证快2.46倍。

应用场景

• 抗量子密码：为抗量子签名提供高速实现，可直接集成到密码库中抵抗量子计算机攻击。
• PQC迁移：用最高2.46×的验证加速缩短迁移后的性能损失，降低替换传统签名的落地阻力。
• 安全芯片：AVX-512向量化优化可部署在支持该指令集的安全芯片上，提升签名验证吞吐量。