一颗比芝麻粒还小的芯片模块，同时装下两套“密码锁”：一套是今天广泛使用的传统密码，另一套是抵御未来量子计算机攻击的后量子密码。这是一支杭电研究生团队设计的芯片安全方案。

　　日前，在深圳举行的“华为杯”第九届中国研究生创“芯”大赛全国总决赛上，由杭州电子科技大学电子信息学院秦兴教授指导的“非古法编程队”，凭借作品《基于共享算术与流式存储的异构密码加速 IP 设计与验证》，从全国200所高校1607支队伍中脱颖而出，获华为企业命题特等奖。

　　全场比赛，只颁出3个特等奖。

　　据悉，中国研究生创“芯”大赛由教育部学位管理与研究生教育司指导，中国学位与研究生教育学会、中国科协青少年科技中心主办，华为技术有限公司冠名，是国内研究生芯片设计领域最具实战性的赛事之一。

　　华为企业命题聚焦产业一线真实需求，特等奖是该赛道最高荣誉。换句话说，这道题不是“课本上的难题”，而是企业真正关心、产业真正需要的技术难题。

　　杭电这个“非古法编程队”，由施伟康、杨立伟、余正楠三名研究生组成，他们的作品能够解决未来量子计算机受攻击的密码安全问题。

　　一颗比芝麻还小的“密码积木”

　　获奖作品的名称很长，但核心可以讲得通俗：设计一颗高性能密码加速IP核，把传统密码和后量子密码放进同一个极小模块里。

　　IP核是什么？可以理解成芯片里的“预制件”或“功能积木”。现代芯片设计早已不是从零画每一个晶体管，而是把经过验证的功能模块像搭乐高一样集成起来。杭电研究生团队交付的这块“积木”，专门负责密码运算。

　　根据大赛数据，在ASAP7 7纳米工艺库下，这颗IP核总面积约0.061平方毫米，比赛题上限还低13%。0.061平方毫米是什么概念？比一粒芝麻小得多。

　　面积小的同时，它的速度却不打折扣：在100兆赫时钟下，ECDSA P-521与ML-DSA-87共七项性能指标全部优于赛题要求，最快达到赛题指标的2.61倍。更难得的是，一颗IP核完整覆盖传统椭圆曲线签名ECDSA P-521、后量子签名ML-DSA 44/65/87全参数集与SHA3-512哈希，还配好APB＋AXI DMA标准接口，可以像U盘一样即插即用。

　　“一颗IP核，两套密码体系。”团队这样概括这件作品。

　　为“现在”和“未来”同时上锁

　　为什么要把传统密码和后量子密码放在一起？人们日常的移动支付、软件升级、身份认证，背后都离不开数字签名。

　　传统非对称密码算法如ECDSA目前安全可靠，但量子计算机一旦成熟，可能让许多传统加密算法被快速攻破。全球都在提前布局后量子密码。华为企业命题“后量子与传统非对称密码芯片架构及硬件实现”，本质上是让芯片既能用现在的锁，也能换未来的锁。

　　为了实现“小、快、全”，杭电团队没有蛮干。他们把近年国际前沿论文方案作为候选，先写成RTL硬件代码，再跑KAT已知答案测试，再做逻辑综合看面积和时序，不行就换。最终采用4路流水NTT、CSD/MCM常数优化、无冲突存储数据流、流式编解码和算术资源共享等技术。

　　翻译成大白话就是，把计算流程拆成多条并行流水线，把存储安排得没有冲突，把两种密码算法里能共用的运算单元尽量共用，从而省面积、提速度。

　　在芯片设计流程中，RTL代码类似“设计图纸”，门级网表则接近“施工后的管线图”。RTL仿真通过，只说明图纸逻辑正确；映射到具体工艺库后，还要看每一根“线”的延迟、每一个“门”的驱动是否可靠。这也是为什么华为企业命题特等奖不只是看性能指标，还要求完整性和可集成性。

　　杭电团队不仅完成了密码算法硬件实现，还配好APB+AXI DMA接口，这意味着这不是一个孤立的实验室模块，而是可以交给芯片设计公司直接集成到SoC里的“半成品”。

　　被淘汰的设计方案比留下的多得多

　　“最开始，我们想把每一篇论文的方案都做一遍，后来发现根本做不完。”队长施伟康回忆，秦老师指导他们搭了一套自动化设计流程：RTL写出来、KAT先跑通、综合看面积和时序，不行就换下一篇。

　　“被淘汰的方案比最终用上的多得多，但正是这些失败让我们知道为什么最后这个架构是对的。”施伟康说。

　　备赛后期，门级仿真成了最难熬的一关。“RTL仿真早就全过了，但映射出来的网表第一次跑KAT时挂了快一半，那几天就是对着波形一个一个信号地追。”施伟康说。

　　在指导老师秦兴教授看来，这次获得“华为杯”特等奖，是杭电集成电路学科人才培养成果的又一次集中展现。他表示，“期待更多学子以他们为榜样，在中国‘芯’的征途上勇攀高峰、再创佳绩。”

　　从读论文到做芯片，从RTL代码到门级网表，这支年轻团队在几个月的时间里，完成了一次“把论文变成硅片”的实践。

　　特等奖的背后，不仅仅是算法和指标的胜出，更是一群年轻人对中国“芯”的执着追求。

（责任编辑 吴文建 陈显婷）