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# NextGen-PQCrypto-Dilithium ## 🚀 概述 随着量子计算的飞速发展，传统的公钥密码系统面临着严峻的安全威胁。后量子密码学（PQC）已成为未来安全系统的关键方向。 本项目基于 **CRYSTALS-Dilithium** 的官方实现，这是一种 NIST 标准化的后量子数字签名方案。我们将其扩展为一个**多模式自适应优化平台**，旨在面向**资源受限的嵌入式设备和高性能系统**的实际部署场景。 ## 🌐 迈向后量子密码生态系统 本项目不仅是对算法的优化，更是致力于构建一个**轻量级且实用的后量子密码生态系统**，其特点包括： - 📦 用于快速集成的预编译库（.so / .a） - ⚙️ 针对不同硬件环境的多模式自适应优化 - 🔌 用于跨平台开发的统一 API - 🧩 支持所有 Dilithium 安全级别（2 / 3 / 5） 通过降低采用门槛，我们的目标是加速后量子签名方案在实际系统中的**工业化部署**。 ## ✨ 主要特性 - 🔐 基于 NIST PQC 标准 **CRYSTALS-Dilithium** - ⚡ 针对不同应用场景的三种优化模式 - 💾 支持**性能关键型**和**内存受限型**环境 - 🖥️ 即用型共享库（`.so`）和静态库（`.a`） - 🔁 针对以下功能的统一接口： - 密钥生成 - 签名 - 验证 ## ⚙️ 多模式优化 我们提出了三种优化模式，以使 Dilithium 适应不同的系统约束： ### 🔥 模式 1 — 性能优化 - 引入**预拒绝采样** - 减少签名过程中的不必要计算 - 实现高达 **~26% 的签名生成加速** ✅ 最适用于： - 高性能服务器 - 实时签名系统 ### 💾 模式 2 — 内存优化 - 矩阵 A 的流式生成 - 内存复用技术 - 常量的即时计算 - 显著减少 RAM 使用量 ⚠️ 权衡： - 计算时间增加 ✅ 最适用于： - 嵌入式系统 - IoT 设备 - 内存受限环境 ### ⚖️ 模式 3 — 平衡模式 - 结合了： - 预拒绝采样 - 内存优化策略 - 实现了： - ~11% 的性能提升 - ~24% 的内存减少 ✅ 最适用于： - 通用部署 - 边缘计算场景 ## 📂 项目结构 ``` NextGen-PQCrypto-Dilithium/ │ api.h │ README.md │ ├─demo/ │ demo.py │ libdilithium_mode3.so │ ├─mode1/ │ libdilithium_f407_mode1.a │ libdilithium_mode1.so │ ├─mode2/ │ libdilithium_f407_mode2.a │ libdilithium_mode2.so │ └─mode3/ libdilithium_f407_mode3.a libdilithium_mode3.so ``` ## 🧪 支持的功能 所有模式均提供涵盖以下内容的统一 API： - `KeyGen` — 密钥对生成 - `Sign` — 消息签名 - `Verify` — 签名验证 支持的安全级别： - Dilithium2 - Dilithium3 - Dilithium5 ## 🐍 Python 演示（使用 .so） 您可以直接在 Python 中使用共享库： ``` import ctypes lib = ctypes.CDLL("./libdilithium.so") ``` 💼 应用场景 本项目旨在实现后量子签名在以下场景的实际部署： 🔒 安全通信系统 🌐 IoT 和嵌入式设备 ☁️ 云认证服务 🏦 金融和身份系统 🔗 区块链和分布式系统 🧩 工业价值 通过提供即用型优化库 + 自适应模式，本项目： 降低了开发者的集成成本 实现了在受限硬件上的 PQC 部署 弥合了学术研究与实际系统之间的差距 作为未来后量子安全基础设施的构建模块 📖 参考 CRYSTALS-Dilithium 官方实现： https://github.com/pq-crystals/dilithium 📌 未来工作 硬件加速（ARM / RISC-V） 与 TLS / 安全协议集成 基于运行时环境的自动模式选择 扩展 PQC 算法支持 👥 致谢 本项目基于官方 Dilithium 实现，并针对实际部署进行了面向工程的优化扩展。 ⭐ 如果您觉得这个项目有用 请给它一个 star，并帮助推广后量子密码学！

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