[发明专利]一种GPU用抗量子攻击XMSS签名方法并行实现方法及系统

权利要求书

1.一种GPU用抗量子攻击XMSS签名方法并行实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对XMSS算法代码进行GPU适配，调整代码结构和编译选项，得到适配GPU代码；

S2、依据GPU架构确定XMSS参数对应使用的多级并行方案，包括一级或两级并行方案；

S3、依据步骤S1得到的适配GPU代码和步骤S2确定的多级并行方案，部署第一级并行方案，得到部署第一级并行方案的代码，第一级并行方案为结构并行，同一层级每个节点的计算是独立的，用于被并行计算；

S4、依据步骤S3得到的部署第一级并行方案的代码，部署第二级并行方案，包括Winternitz一次性签名过程和L树的构建，完成抗量子攻击XMSS签名方法并行实现。

2.根据权利要求1所述的GPU用抗量子攻击XMSS签名方法并行实现方法，其特征在于，步骤S1具体为：

S101、适配XMSS算法的C语言代码实现到GPU上，提供CPU与GPU之间的数据传输接口，调整代码中参数处理方式以适配GPU编译器，调整编译参数以适配GPU编译器；

S102、移植哈希函数到GPU上，包括SHA256和SHAKE256哈希函数；同时依据GPU架构特点对哈希函数进行优化；

S103、使用正确性验证程序对移植代码进行正确性验证，同时对XMSS的签名上限进行测试。

3.根据权利要求2所述的GPU用抗量子攻击XMSS签名方法并行实现方法，其特征在于，步骤S103中，正确性验证包括生成XMSS密钥对、XMSS签名以及XMSS签名。

4.根据权利要求1所述的GPU用抗量子攻击XMSS签名方法并行实现方法，其特征在于，步骤S2具体为：

S201、使用GPU架构信息收集工具收集GPU核数的信息，包括多处理器数量、每个多处理器上的核心数以及全部核心数；

S202、通过NIST标准参数确定相应的叶节点数量；

S203、通过步骤S201得到的核心数以及步骤S202得到的XMSS树叶节数量数判断参数使用的并行方案。

5.根据权利要求4所述的GPU用抗量子攻击XMSS签名方法并行实现方法，其特征在于，步骤S203中，如果GPU的核心数不超过叶节点数，部署第一级并行方案，即结构上的并行，反之，部署两级并行方案。

6.根据权利要求1所述的GPU用抗量子攻击XMSS签名方法并行实现方法，其特征在于，步骤S3具体为：

S301、部署生成密钥对的第一级并行方案，代码中的并行部分为构建XMSS树的过程；

S302、部署XMSS签名的第一级并行方案，代码中WOTS+密钥对生成和构建XMSS树的过程并行执行，同时构建XMSS树的过程并行执行，XMSS签名验证部分不部署第一级并行方案。

7.根据权利要求6所述的GPU用抗量子攻击XMSS签名方法并行实现方法，其特征在于，步骤S301中，采用多线程独立计算子树，并结合GPU的同步技术完成并行的XMSS树构建。