Chip mật mã hậu lượng tử của BTQ và ITRI vượt mốc thử nghiệm trên nền 28 nanomet

Kiến trúc QCIM xử lý thành công các phép toán mật mã gắn với ba tiêu chuẩn hậu lượng tử của NIST. Ảnh: Magnific

Mật mã hậu lượng tử vừa ghi nhận thêm một kết quả kiểm chứng phần cứng, khi BTQ Technologies, công ty công nghệ có trụ sở tại Canada, cùng Viện Nghiên cứu Công nghệ Công nghiệp Đài Loan (ITRI) công bố hoàn tất giai đoạn đầu của một chương trình xác thực kiến trúc chip kéo dài nhiều năm. Kiến trúc mang tên Quantum Compute-in-Memory (QCIM) nằm trong lộ trình phát triển chip rộng hơn mà BTQ và ICTK cùng dẫn dắt. Công nghệ này nhắm tới việc cung cấp khả năng tăng tốc mật mã bằng phần cứng cho những thiết bị và hệ thống cần chống lại máy tính lượng tử trong tương lai.

Hai công ty cho biết kết quả nghiên cứu có thể hỗ trợ nhiều ứng dụng, trải rộng từ hệ thống quân sự, thiết bị công nghiệp, công nghệ ô tô, thiết bị IoT, AI vật lý cho tới hạ tầng kết nối.

Kiểm chứng kiến trúc trên nền 28 nanomet của TSMC

Giai đoạn đầu của quá trình hợp tác tập trung vào việc kiểm chứng lõi QCIM trong điều kiện vận hành khắt khe. Nhóm nghiên cứu thử nghiệm kiến trúc này trong môi trường thiết kế 28 nanomet của TSMC, đồng thời đánh giá khả năng tăng tốc các phép toán mật mã trong khi vẫn giữ đúng tính chính xác về chức năng.

Các bài kiểm tra bao trùm những thuật toán liên quan tới FIPS 203, 204 và 205, thuộc bộ tiêu chuẩn mật mã hậu lượng tử mà Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST) đang xây dựng. Nhóm phát triển cũng thiết kế kiến trúc QCIM theo hướng có thể bổ sung thêm thuật toán khác, khi yêu cầu bảo mật và tiêu chuẩn ngành thay đổi trong tương lai.

BTQ mô tả QCIM là một bộ gia tốc mật mã dạng IP mềm (soft IP), có khả năng xử lý cả các hàm mật mã truyền thống lẫn hậu lượng tử trong một thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm năng lượng.

Ý tưởng cốt lõi của kiến trúc này nằm ở việc thực hiện các phép toán mật mã ngay bên trong hệ thống bộ nhớ, thay vì di chuyển dữ liệu qua lại giữa khối xử lý và bộ nhớ riêng biệt như cách làm truyền thống. Cách tiếp cận này giúp giảm lượng dữ liệu phải di chuyển, giảm độ trễ và giảm mức tiêu thụ điện năng.

Ngoài ra, nhóm phát triển còn xây dựng kiến trúc QCIM theo hướng linh hoạt về thuật toán, cho phép hệ thống chuyển đổi giữa nhiều thuật toán mật mã khác nhau khi yêu cầu bảo mật thay đổi theo thời gian.

Từ thuật toán hậu lượng tử đến phần cứng thực tế

Dự án phát triển này quy tụ ba đơn vị có thế mạnh khác nhau trong ngành bán dẫn. BTQ đóng góp kiến trúc mật mã, ICTK mang tới năng lực về bán dẫn bảo mật và hàm không thể sao chép vật lý, còn ITRI cung cấp chuyên môn về thiết kế, tích hợp và kiểm định bán dẫn.

Hai công ty cho biết cột mốc vừa hoàn tất giúp giảm bớt rủi ro kỹ thuật xoay quanh kiến trúc QCIM, đồng thời tạo nền tảng để tiến tới giai đoạn tích hợp hệ thống rộng hơn. Giai đoạn tiếp theo sẽ tập trung vào việc tích hợp, xác minh và kiểm định ở cấp độ mô-đun, xem xét cách lõi QCIM có thể hòa vào các kiến trúc chip và hệ thống lớn hơn, trong khi vẫn giữ nguyên hiệu năng, khả năng tương thích và tính đúng đắn về chức năng.

Ông Olivier Roussy Newton, Giám đốc điều hành kiêm Chủ tịch BTQ Technologies, nhận định kết quả cho thấy kiến trúc QCIM có thể tăng tốc chính xác và hiệu quả nhiều thuật toán mật mã hậu lượng tử mà NIST đã chuẩn hóa, ngay cả trong điều kiện vận hành khắt khe, đồng thời vẫn giữ mức độ linh hoạt cần thiết để thích ứng với các tiêu chuẩn bảo mật đang thay đổi.

BTQ hướng công nghệ QCIM tới những ứng dụng đặt nặng yêu cầu về bảo mật lâu dài, xác thực thiết bị và hiệu quả xử lý mật mã, bao gồm điện toán biên, hệ thống công nghiệp, phần tử bảo mật và các thiết bị tích hợp AI. Công ty cũng dự kiến gửi chip thử nghiệm tới một số khách hàng và đối tác chiến lược đã chọn từ trước, hoàn tất trước cuối năm nay, nhằm phục vụ việc kiểm định hiệu năng và chức năng.

Tiến sĩ Chih-Cheng Lu, người quản lý Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hệ thống Điện tử và Quang điện tử của ITRI, cho biết giai đoạn tiếp theo sẽ tiếp tục dựa trên kết quả hiện tại, thông qua các bước tích hợp và xác minh bổ sung.

Theo tạp chí Điện tử và Ứng dụng