随着量子计算机的发展和算力提高，大部分现代密码学中的密码被证实能够在多项式时间内破解，所幸尚有几种不能被量子计算机征服的密码算法。多变量公钥密码就是少数的抗量子密码之一，其能够在保证相同安全性的情况下占用更少的资源。

随着网络安全形势越发紧迫，拥有抗量子密码标准的国家将控制着新一代网络信息安全，我国未来必将持续加大信息安全产业的投入。传统上运用软件来进行加密算法不但速度慢，在资源受限的情况下无法适用于无线传感器网络、智能卡等低端设备。而借助 FPGA 的算法处理高速性和用于芯片开发的可移植性，能够进一步推动抗量子加密算法的普及。基于此，本作品搭建一套通信系统，将一种稳定的多变量公钥密码——Rainbow 数字签名算法部署在 FPGA 中，实现对该签名算法的硬件加速，并模拟实际场景实现了数字签名及验证的流程。同时，我们对比了 Rainbow 算法硬件和软件实现性能上的差异。

本作品应用前景广泛。借助 FPGA 的芯片开发可移植性，通过后续算法场景具体化，如果能够设计出适用于小型移动通信设备（如手机）的抗量子加密算法芯片，未来的移动通信将具备抗量子攻击能力。同时能够应用于物联网、车联网中的信息安全加密。为此研究抗量子加密算法的硬件实现具有重要实际意义与前沿性，对于将来通信信息与网络安全领域的发展具有重大意义。

心得体会

最开始接触抗量子计算算法硬件化开始，我们从学习数字电路、数字系统设 计、通信原理的专业课程，到自学密码学基础内容、有限域数学推导、多变量公 钥加密算法结构和 Rainbow 数字签名算法的具体流程。从对密码学的一无所知 到如今能够实现抗量子加密算法的编写和硬件部署，对密码领域有了一个较为完整的了解。项目完成过程中，我们经历了长时间的算法规划和实验、硬件代码编写和综合、软件无线电通信系统设计、debug 环节。这是一次非常困难却又难得的宝贵经历。通过完成这次项目，我们对于软件、硬件、网络安全、信息有了更加深入的理解，硬件代码编写和通信系统设计方面的能力有了很大提高。同时，我们对于信息安全领域更加有兴趣，希望能够在即将到来的量子信息时代，贡献自己的力量。

           —— 杨鸿嘉、徐嘉睿