電子發燒友網報道（文 / 吳子鵬）抗量子密碼芯片作為融合量子物理原理與經典密碼學的新型安全芯片，其核心使命在于抵御量子計算對傳統加密體系帶來的嚴峻威脅。該芯片的核心技術涵蓋量子隨機數生成、抗量子算法集成以及硬件安全防護等方面，目前已在金融、通信、能源、物聯網等多個領域實現規模化應用。

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近日，國芯科技宣布，其與鄭州信大壹密科技有限公司（以下簡稱 “信大壹密”）合作研發的抗量子密碼芯片 AHC001，于近期在公司內部順利通過性能和功能測試。此次成功測試，標志著國芯科技在信息安全芯片產品的抗量子化升級方面取得了重要突破。
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抗量子密碼芯片基于量子密碼算法實現硬件化，這對算法和硬件都提出了極高要求。目前，抗量子算法的核心類型主要包括格密碼（Lattice-based Cryptography）、編碼理論密碼（Code-based Cryptography）和多變量密碼（Multivariate Cryptography）等。不同算法各有側重，例如美國國家標準與技術研究院（NIST）標準化的 Kyber（密鑰封裝機制）、Dilithium（數字簽名方案）均屬于格密碼，它們基于格上困難問題構建，能夠有效抵抗 Shor 算法攻擊。?

除了先進的算法，抗量子密碼芯片還需實現硬件級安全增強。其中，加入算法引擎以進行算法硬件加速是關鍵一環，通過專用邏輯電路對大數運算、多項式乘法等核心操作進行優化。同時，側信道攻擊防護和密鑰全生命周期管理也至關重要：前者通過集成掩碼技術、功耗均衡設計，抵御攻擊者利用芯片功耗、電磁輻射等途徑竊取密鑰；后者則內置真隨機數生成器、密鑰安全存儲單元，確保密鑰從生成、存儲到銷毀的全流程安全。
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據介紹，抗量子密碼芯片 AHC001 基于國產 28nm 工藝制程打造，采用國芯科技自主 CPU 內核設計，是一款可重構低功耗抗量子密碼算法芯片。其典型工作功耗低至 350mW，靜態低功耗更是僅為 0.13mW 左右 。
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該芯片內部集成了抗量子密碼算法引擎、ECC 引擎以及對稱密碼處理器。其中，引擎模塊支持 ML-KEM-512/ML-KEM-768/ML-KEM-1024 密鑰對生成算法、密鑰封裝 / 解封裝算法、加密 / 解密算法；支持 ML-DSA-44/ML-DSA-65/ML-DSA-87 密鑰對生成算法、簽名算法和驗簽算法；支持 256/512/1024/4096 點 NTT /INTT/DWT /IDWT 運算，并支持 4 路并行 NTT 高性能計算；同時還支持中心二項分布采樣 / 拒絕采樣等常用采樣算法。憑借這些特性，AHC001 芯片能夠靈活支持主流基于格原理的抗量子密碼算法，如 Kyber512/Kyber768/Kyber1024 加密算法、Dilithium2/Dilithium3/Dilithium5 數字簽名算法。具體性能表現上，抗量子密碼算法 Kyber512 的密鑰生成速度可達 3600 次 /s、加密速度達 2600 次 /s、解密速度達 1300 次 /s；Dilithium2 算法的密鑰生成速度為 990 次 /s、簽名速度為 300 次 /s、驗簽速度為 500 次 /s。
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此外，AHC001 芯片內置真隨機數發生器，并配備電壓檢測、溫度檢測、頻率檢測、電源毛刺檢測、光檢測和金屬防護網等多種安全防護設計，進一步保障芯片的安全性和可靠性。?
AHC001 芯片是國芯科技在量子安全領域的又一重大成果。此前，該公司已推出多款量子相關的安全芯片或方案。例如，量子安全芯片 A5Q 由國芯科技的端安全芯片 A5、光信號處理芯片 AGC001 和兩顆光量子噪聲源芯片，采用多芯片封裝技術合封而成。其中，AGC001 和光量子噪聲源芯片為國芯科技參股公司合肥硅臻芯片技術有限公司的產品。A5Q 芯片可替代傳統的 SE 芯片，應用于各類信息安全終端，其按照 GM/T 0008《安全芯片密碼檢測準則》第二級要求設計，具備低功耗、高性能、多功能及高安全性等特點。
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另一款 CCM3310SQ-T 芯片采用具有自主知識產權的 32 位 CPU 安全內核 CS0 進行設計，內部合封高速量子隨機數發生器，能夠提供基于量子密鑰的身份認證、數據加解密功能。該芯片同樣具有低功耗、高性能、多功能及高安全性等特點，可廣泛應用于智能密碼鑰匙、加密板卡、網上銀行、視頻監控、移動支付、數據安全、保密通信、電力與能源、電信網絡等領域，其典型工作頻率為 60MHz。
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在量子密碼卡方面，國芯科技的量子 Mini PCI-E 密碼卡 CCUPM2Q04 頗具代表性。CCUPM2Q04 基于國芯科技安全芯片設計，集成高速量子隨機數發生器，按照《PCI 密碼卡技術規范》、GM/T 0018《密碼設備應用接口規范》和 GM/T 0028《密碼模塊安全技術要求》第二級要求進行設計。該密碼卡支持 Windows、Linux 以及麒麟、UOS 等操作系統，適配龍芯、飛騰、兆芯、海光等多種平臺，能夠為各類安全平臺提供多線程、多進程和多卡并行處理的高速密碼運算服務。
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結語

抗量子密碼芯片是 “后量子密碼” 從理論邁向實踐的關鍵載體，通過硬件級集成有效解決了量子計算對傳統加密體系的顛覆性威脅。隨著相關技術和標準的逐漸成熟，抗量子密碼芯片有望成為金融、能源、通信等領域的安全標配，推動信息安全從 “概率安全” 向 “理論安全” 升級。在此背景下，國芯科技與信大壹密合作研發的 AHC001 芯片，憑借其先進的技術和出色的性能，未來發展前景十分廣闊。