机器验证的掩码巴雷特约简的基数界:后量子密码硬件中的1比特侧信道泄漏屏障

Barrett约简是所有基于NTT的后量子密码学实际实现中的非线性核心。现有组合框架(ISW、t-SNI、PINI、DOM)仅处理GF(2)上的布尔掩码;在素数域上的一阶算术掩码和一阶探测模型下,尚无任何框架能提供关于Barrett泄漏的形式化机器验证表征。基于该团队先前系列工作——QANARY[15]、部分NTT掩码边界[14]、代数基础[16]以及蝶形组合[18]——该工作填补了这一空白。该工作证明了一个三分法:对于任意q>0和移位s,Barrett内部线映射fx(m)=((x+2s−m)mod2s)modq的原像基数属于{0,1,2},且绝不超过2。该工作将此称为"1比特屏障":最大重数2意味着每条内部线的最小熵损失至多为1比特,这一结论对所有模数具有普适性。计数为零的情况(即不可达输出值)表明实际泄漏通常严格小于1比特,因此该边界是保守的。该工作引入PF-PINI(素数域PINI):Barrett满足PF-PINI(2);Cooley-Tukey蝶形满足PF-PINI(1)。该工作观察到(尚未证明)若引入级间新鲜掩码,组合流水线的最大重数为max(k1,k2),因此1比特屏障得以传播。该三分法、PF-PINI实例化以及基数结果已在Lean 4与Mathlib中完成机器验证:12个已证明结论,零个未完成项,对所有q>0普适(最小熵边界由标准定义推导)。Adams Bridge缺乏级间新鲜掩码,违反了PF-PINI组合规则,这解释了为何论文1[15]和论文2[14]发现了漏洞。NIST IR 8547建议对PQC实现验证采用形式化方法。1比特屏障为ML-KEM(FIPS 203)和ML-DSA(FIPS 204)中掩码Barrett约简提供了首个普适的机器验证基数边界,并对应1比特泄漏解释。

作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2026-04-28 09:48

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