从有限枚举到普适性证明:PQC硬件掩码验证的环论基础

后量子密码(PQC)硬件掩码的形式化验证依赖于有限域上的SMT求解器。该团队先前工作实现了规模化结构依赖性分析[1],并量化了部分NTT掩码的安全裕度[2]。其结构依赖性分析框架QANARY验证了Adams Bridge ML-DSA/ML-KEM加速器30个模块共计117万单元[3,4],但核心可靠性结论(定理3.9.1)仅通过225个布尔线函数在q=5时完成机器验证。这使得向ML-KEM(q=3,329,FIPS 203[5])和ML-DSA(q=8,380,417,FIPS 204[6])的移植性成为未解难题。NIST IR 8547[7](2025年3月)强调了填补此类空缺的重要性。研究人员首次给出定理3.9.1中r无关子定理的机器验证普适性证明:对于任意q>0、任意线函数及任意秘密对,值独立性蕴含边际分布一致性。该证明基于Lean 4[8]与Mathlib[9]实现,仅需5行代码即可替代225次有限域求值,且无需"sorry"占位符,将可信计算基从{Z3[10], CVC5[11], Python}缩减至Lean 4内核。该工作提出9条定理(T1-T6、T1'、T3'),涵盖重参数化、双射性、溢出边界、随机数生成器偏差,以及针对所有q≥2的普适非紧致反例。研究成果确立了ℤ/qℤ交换环公理作为算术掩码验证的自然抽象层。

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提交arXiv: 2026-04-22 09:58

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