本技術(shù)屬于計(jì)算機(jī)，尤其涉及一種基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代密碼學(xué)中，橢圓曲線密碼學(xué)(elliptic?curve?cryptography,ecc)由于其高安全性和較低的計(jì)算復(fù)雜度，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種信息安全領(lǐng)域，如數(shù)字簽名、區(qū)塊鏈、ssl/tls協(xié)議等。橢圓曲線點(diǎn)加(point?addition)和點(diǎn)乘(point?multiplication)是ecc的基本運(yùn)算，其效率直接影響整個(gè)密碼系統(tǒng)的性能。因此，如何優(yōu)化這些基本運(yùn)算，特別是點(diǎn)加運(yùn)算的速度，成為研究的熱點(diǎn)問題。

2、傳統(tǒng)的ecc點(diǎn)加實(shí)現(xiàn)方法通常依賴于大整數(shù)運(yùn)算。由于橢圓曲線上的點(diǎn)表示為大整數(shù)對(duì)，這些運(yùn)算涉及大量的模加、模減、模乘等操作。盡管現(xiàn)代處理器的計(jì)算能力已經(jīng)顯著提高，但面對(duì)大規(guī)模的橢圓曲線點(diǎn)運(yùn)算，仍然存在性能瓶頸。此外，傳統(tǒng)方法在并行計(jì)算方面的利用率較低，無法充分發(fā)揮現(xiàn)代多核處理器的優(yōu)勢(shì)。

3、avx512ifma(avx-512integer?fused?multiply-add)是intel公司推出的一種單指令多數(shù)據(jù)(simd，single?instruction?multiple?data)指令集，屬于avx-512指令集的一部分。它提供了高效的矢量化整數(shù)運(yùn)算能力，特別是支持融合乘加運(yùn)算(fused?multiply-add)，即同時(shí)進(jìn)行乘法和加法操作。這種運(yùn)算能夠顯著減少指令數(shù)量，提高運(yùn)算速度。此外，avx512ifma支持512位的矢量寄存器，使得每個(gè)指令可以處理更多的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步提升并行計(jì)算的效率。

4、現(xiàn)如今有多密碼實(shí)現(xiàn)工作已經(jīng)開始利用simd來加速運(yùn)算，例如在加密、數(shù)字簽名、tls協(xié)議中使用其提升計(jì)算效率和響應(yīng)速度。bls12-381曲線是一種高安全強(qiáng)度的橢圓曲線，廣泛應(yīng)用于密碼學(xué)領(lǐng)域，特別是在零知識(shí)證明系統(tǒng)和公鑰密碼學(xué)中。但目前還缺少針對(duì)該曲線的avx512ifma指令集的優(yōu)化方案。

5、因此，相關(guān)技術(shù)中存在著尚無使用avx512ifma指令集優(yōu)化橢圓曲線中的點(diǎn)加計(jì)算的問題，目前還沒有利用avx512ifma指令集的并行數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢(shì)來實(shí)現(xiàn)橢圓曲線點(diǎn)加的計(jì)算加速的方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)旨在至少解決相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本技術(shù)提出一種基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加方法，利用avx512ifma單指令多數(shù)據(jù)指令集在同一指令周期內(nèi)可以同時(shí)處理相同類型的多個(gè)數(shù)據(jù)元素的特點(diǎn)，對(duì)橢圓曲線點(diǎn)加部分實(shí)現(xiàn)8×1路并行加速，可以獲得大幅度的性能優(yōu)化提升。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加方法，該方法包括：

3、確定參與并行點(diǎn)加的多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)中的每個(gè)坐標(biāo)，每對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)包括加點(diǎn)數(shù)據(jù)和被加點(diǎn)數(shù)據(jù)兩種點(diǎn)數(shù)據(jù)；

4、確定多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)數(shù)域，目標(biāo)數(shù)域?yàn)闄E圓曲線的有限域或者有限域的二次擴(kuò)域；

5、確定對(duì)應(yīng)于目標(biāo)數(shù)域的大數(shù)運(yùn)算規(guī)則；

6、基于多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)中每對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)中加點(diǎn)數(shù)據(jù)的z坐標(biāo)值z(mì)1和被加點(diǎn)數(shù)據(jù)的z坐標(biāo)值z(mì)2之間的關(guān)系，確定多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的目標(biāo)點(diǎn)加公式；

7、將多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于avx512ifma的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)數(shù)據(jù)；

8、基于目標(biāo)點(diǎn)加公式和大數(shù)運(yùn)算規(guī)則對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的點(diǎn)加結(jié)果。

9、根據(jù)本技術(shù)的基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加方法，通過利用單指令多數(shù)據(jù)指令集在同一指令周期內(nèi)可以同時(shí)處理相同類型的多個(gè)數(shù)據(jù)元素的特點(diǎn)，對(duì)橢圓曲線實(shí)現(xiàn)的底層8×1路有限域運(yùn)算以及上層的8×1路點(diǎn)加運(yùn)算，同時(shí)，由于底層大數(shù)運(yùn)算規(guī)則是基于目標(biāo)數(shù)域確定的，而點(diǎn)加公式由隨著參與點(diǎn)加計(jì)算的點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)關(guān)系的變化而不同，因此，可以提供多種類型的點(diǎn)加運(yùn)算接口，使用avx512ifma指令集對(duì)橢圓曲線點(diǎn)加部分實(shí)現(xiàn)8×1路并行加速，可以獲得大幅度的性能優(yōu)化提升。

10、根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)中每對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)中加點(diǎn)數(shù)據(jù)的z坐標(biāo)值z(mì)1和被加點(diǎn)數(shù)據(jù)的z坐標(biāo)值z(mì)2之間的關(guān)系包括三種，分別為：

11、z1＝z2＝1、z1≠z2＝1、和z1≠z2。

12、根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，將多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于avx512ifma的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)數(shù)據(jù)，包括：

13、將多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)中的每個(gè)坐標(biāo)值均轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于avx512ifma的目標(biāo)運(yùn)算基數(shù)的坐標(biāo)值向量；

14、將每種點(diǎn)數(shù)據(jù)的每個(gè)坐標(biāo)值對(duì)應(yīng)的多個(gè)坐標(biāo)值向量構(gòu)成一個(gè)向量集，得到目標(biāo)數(shù)據(jù)。

15、根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，將多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)中的每個(gè)坐標(biāo)值均轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于avx512ifma的目標(biāo)運(yùn)算基數(shù)的坐標(biāo)值向量，包括：

16、確定多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型；

17、若數(shù)據(jù)類型為標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)于所述橢圓曲線所在有限域上的元素，則基于預(yù)設(shè)規(guī)則將多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)中的每個(gè)坐標(biāo)值均轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于avx512ifma的目標(biāo)運(yùn)算基數(shù)的坐標(biāo)值向量；

18、若數(shù)據(jù)類型為蒙哥馬利域上的表達(dá)的預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)類型，則基于對(duì)應(yīng)于目標(biāo)數(shù)域的蒙哥馬利域轉(zhuǎn)換規(guī)則將多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)中的每個(gè)坐標(biāo)值均轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于avx512ifma的目標(biāo)運(yùn)算基數(shù)的坐標(biāo)值向量。

19、根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，若數(shù)據(jù)類型為標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)于所述橢圓曲線所在有限域上的元素，則基于預(yù)設(shè)規(guī)則將多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)中的每個(gè)坐標(biāo)值均轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于avx512ifma的目標(biāo)運(yùn)算基數(shù)的坐標(biāo)值向量，包括：

20、對(duì)于多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)值中的任一坐標(biāo)值f，任一坐標(biāo)值f的數(shù)據(jù)類型為標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)于所述橢圓曲線所在有限域上的元素，通過如下公式確定任一坐標(biāo)值f對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)于avx512ifma的目標(biāo)運(yùn)算基數(shù)的坐標(biāo)值向量f：

21、f＝f0+252f1+2104f2+2156f3+2208f4+2260f5+2312f6+2364f7

22、f＝[f0，f1，f2，f3，f4，f5，f6，f7]

23、其中，0≤fi＜252且0≤i<8，i為整數(shù)，目標(biāo)運(yùn)算基數(shù)為252。

24、根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，將每種點(diǎn)數(shù)據(jù)的每個(gè)坐標(biāo)值對(duì)應(yīng)的多個(gè)坐標(biāo)值向量構(gòu)成一個(gè)向量集，包括：

25、通過如下公式確定向量集v：

26、

27、其中，任一種點(diǎn)數(shù)據(jù)的任一坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的多個(gè)坐標(biāo)值向量分別為fa，fb，fc，fd，fe，ff，fg和fh，向量集v的任一列對(duì)應(yīng)一個(gè)坐標(biāo)值向量，向量集v的第i行對(duì)應(yīng)一個(gè)寄存器向量vi＝[fia，fib，fic，fid，fie，fif，fig，fih]，0≤i＜8，i為整數(shù)。

28、第二方面，本技術(shù)提供了一種基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加裝置，該裝置包括：

29、第一確定模塊，用于確定參與并行點(diǎn)加的多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)中的每個(gè)坐標(biāo)，每對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)包括加點(diǎn)數(shù)據(jù)和被加點(diǎn)數(shù)據(jù)兩種點(diǎn)數(shù)據(jù)；

30、第二確定模塊，用于確定多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的目標(biāo)數(shù)域，目標(biāo)數(shù)域?yàn)闄E圓曲線的有限域或者有限域的二次擴(kuò)域；

31、第三確定模塊，用于確定對(duì)應(yīng)于目標(biāo)數(shù)域的大數(shù)運(yùn)算規(guī)則；

32、第四確定模塊，用于基于多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)中每對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)中加點(diǎn)數(shù)據(jù)的z坐標(biāo)值z(mì)1和被加點(diǎn)數(shù)據(jù)的z坐標(biāo)值z(mì)2之間的關(guān)系，確定多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的目標(biāo)點(diǎn)加公式；

33、數(shù)據(jù)排布模塊，用于將多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)于avx512ifma的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)數(shù)據(jù)；

34、數(shù)據(jù)處理模塊，用于基于目標(biāo)點(diǎn)加公式和大數(shù)運(yùn)算規(guī)則對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到多對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)的點(diǎn)加結(jié)果。

35、根據(jù)本技術(shù)的基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加裝置，通過利用單指令多數(shù)據(jù)指令集在同一指令周期內(nèi)可以同時(shí)處理相同類型的多個(gè)數(shù)據(jù)元素的特點(diǎn)，對(duì)橢圓曲線實(shí)現(xiàn)的底層8×1路有限域運(yùn)算以及上層的8×1路點(diǎn)加運(yùn)算，同時(shí)，由于底層大數(shù)運(yùn)算規(guī)則是基于目標(biāo)數(shù)域確定的，而點(diǎn)加公式由隨著參與點(diǎn)加計(jì)算的點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)關(guān)系的變化而不同，因此，可以提供多種類型的點(diǎn)加運(yùn)算接口，使用avx512ifma指令集對(duì)橢圓曲線點(diǎn)加部分實(shí)現(xiàn)8×1路并行加速，可以獲得大幅度的性能優(yōu)化提升。

36、第三方面，本技術(shù)提供了一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述第一方面的基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加方法。

37、第四方面，本技術(shù)提供了一種非暫態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述第一方面的基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加方法。

38、第五方面，本技術(shù)提供了一種芯片，芯片包括處理器和通信接口，通信接口和處理器耦合，處理器用于運(yùn)行程序或指令，實(shí)現(xiàn)如第一方面的基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加方法。

39、第六方面，本技術(shù)提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述第一方面的基于avx512ifma的橢圓曲線的并行點(diǎn)加方法。

40、本技術(shù)的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術(shù)的實(shí)踐了解到。