刘雷波,清华大学长聘教授、博士生导师，教育部长江学者特聘教授，国家级一流本科课程负责人。

长期从事软件定义芯片、硬件安全和密码芯片、VLSI数字信号处理等的研究工作。发表高水平论文300余篇、授权发明专利150余项（美国专利20余项）、撰写著作9部/译作4部、参与制定国家标准1项。；电子设计自动化领域顶级会议DAC的TPC委员，密码硬件领域顶级会议CHES的TPC委员，固态电路一流会议IEEE A-SSCC的大会主席等；中国密码学会密码芯片专委会副主任委员；ISO/IECJTC1/SC27 国际标准注册专家。获国家技术发明二等奖、中国专利金奖、教育部技术发明一等奖、中国电子学会技术发明一等奖、世界互联网大会15项世界互联网领先科技成果等科技奖励。

主持3门课, 获首批国家级一流本科课程、清华大学本科生精品课、北京市青年教师教学竞赛一等奖、清华大学青年教师教学竞赛一等奖、清华大学青年教师教学优胜奖、MOOC教学先锋奖等多个教学奖励。所负责的大规模网络开放课程（MOOC）入选首批教育部高校在线教学国际平台。

抗量子密码芯片是实现传统公钥密码向抗量子攻击密码体系过渡、实现量子计算时代数据与信息安全的基础。本书首先在对抗量子密码算法概念与标准化进展进行介绍的情况下，阐述抗量子攻击密码芯片的设计挑战与研究现状。随后，在对主流抗量子密码算法进行介绍的基础上，分别在计算架构、运算电路、编译技术与物理安全防护等角度讨论如何设计实现兼顾能量效率、功能灵活性与物理安全性的抗量子密码芯片。最后，本书对未来抗量子密码芯片设计领域出现的高能效计算、面向安全设计等新的技术方向进行了展望与分析。

本书面向信息安全、密码芯片与物理安全专业领域的本科生、研究生阅读，同样适用于相关领域的技术从业人员参考。

第1章 绪论
1.1 抗量子攻击密码概述
1.1.1 抗量子密码的产生背景
1.1.2 抗量子密码算法的标准化现状
1.1.3 抗量子密码迁移的紧迫性
1.2 标准化过程中的抗量子密码硬件加速技术
1.2.1 指令驱动的通用处理器实现
1.2.2 可编程逻辑器件FPGA
1.3 抗量子密码芯片的需求与挑战
参考文献
第2章 抗量子密码算法
2.1 基于格的抗量子密码算法
2.1.1 密码算法介绍
2.1.2 算法计算特性分析
2.2 基于编码的抗量子密码算法
2.2.1 密码算法介绍
2.2.2 算法计算特性分析
2.3 基于哈希的抗量子密码算法
2.3.1 “SPHINCS+”算法
2.3.2 算法计算特性分析
2.4 其他抗量子密码算法
2.4.1 基于超奇异同源的抗量子密码算法及特性分析
2.4.2 基于多变量的抗量子密码算法及特性分析
2.5 密码核心功能的高效实现算法
2.5.1 高效乘Karatsuba算法
2.5.2 高效乘TOOM-COOK算法
2.5.3 高效乘NTT算法
2.5.4 扩展欧几里得求逆算法
参考文献
第3章 抗量子密码芯片架构
3.1 抗量子密码芯片设计空间
3.2 基于指令集扩展的抗量子密码芯片架构
3.2.1 MIT Sapphire
3.2.2 TUM RISQ-V
3.3 面向特定算法的全定制硬件加速架构
3.3.1 面向基于格的密码算法的全定制硬件设计
3.3.2 面向基于编码的密码算法的全定制硬件设计
3.3.3 面向基于哈希算法的全定制硬件设计
3.4 粗粒度可重构抗量子密码芯片架构
3.4.1 可重构抗量子密码芯片RePQC
3.4.2 可重构抗量子密码芯片QPu
参考文献
第4章 芯片数据通路
4.1 公钥密码芯片的数据通路
4.1.1 经典公钥密码数据通路
4.1.2 抗量子公钥密码数据通路
4.2 算术/逻辑计算单元
4.2.1 基于NTT的多项式计算
4.2.2 基于Karatsuba的多项式计算
4.2.3 其他任务级模块
4.2.4 存储映射方式
4.3 数据采样与对齐模块
4.3.1 均匀分布和拒绝采样模块
4.3.2 离散高斯分布和离散高斯采样模块
4.3.3 二项分布和二项采样模块
4.3.4 随机前缀和恒定时间排序模块
4.3.5 Fisher-Yates算法及其模块
4.3.6 对齐模块
参考文献
第5章 芯片编译映射系统
5.1 通用编译技术
5.2 开源编译器框架LLVM
5.2.1 基于LLVM编译器的高级设计架构
5.2.2 LLVM IR概述
5.2.3 LLVM后端
5.2.4 LLVM工作流程总结
5.3 面向密码应用的编译技术
5.3.1 构建领域定制加速的自动化编译器
5.3.2 伽罗瓦域加速处理器的混合编译
5.3.3 面向粗粒度CGRA的动态编译器
5.4 抗量子密码芯片的编译框架
5.4.1 任务算子层面
5.4.2 密码算法层面
5.4.3 领域定制的硬件模块层面
5.5 抗量子密码芯片的编译框架实现
5.5.1 用户语言设置
5.5.2 编译、任务调度
5.5.3 地址映射
5.5.4 LLVM实现
5.5.5 工作展望
5.6 本章总结
参考文献
第6章 芯片物理安全设计
6.1 抗量子密码芯片的物理安全威胁
6.1.1 侧信道攻击与故障注入攻击
6.1.2 对密钥封装机制的侧信道攻击
6.1.3 对密钥封装机制的故障注入攻击
6.1.4 对数字签名的侧信道攻击
6.1.5 对数字签名的故障注入攻击
6.2 抗量子密码芯片的物理安全防护设计
6.2.1 侧信道攻击经典防护方法
6.2.2 故障注入攻击经典防护方法
6.2.3 抗量子密码的物理安全防护挑战
6.2.4 基于动态重构的物理安全防护机制
参考文献
第7章 未来趋势展望
7.1 抗量子密码算法的演进和趋势
7.1.1 抗量子密码算法演进
7.1.2 抗量子密码算法发展趋势
7.1.3 抗量子密码的应用
7.2 抗量子密码芯片的发展趋势
7.2.1 可迁移抗量子密码芯片
7.2.2 高能效抗量子密码芯片设计
7.2.3 面向物理安全的密码芯片设计
参考文献
后记