تطبيقات HQC المحسّنة لـ AVX2 و AVX-512

يحتوي هذا المستودع على تطبيقات HQC المحسّنة وشيفرة القياس المرجعي (benchmarking) المصاحبة للورقة البحثية "Accelerating HQC for Post-Quantum TLS 1.3 on x86 IoT Gateways". وهو تفريع (fork) من مستودع HQC الرسمي، موسّع بتطبيقات AVX-512 + GFNI ومجموعة قياس موحّدة تبني كل تطبيق مُقارَن من نفس قاعدة الشيفرة، وأعلام المترجم، وبروتوكول القياس المرجعي.

تجتاز جميع التطبيقات اختبارات الإجابة المعروفة (KAT) الخاصة بـ NIST لـ HQC-1 و HQC-3 و HQC-5، وتحافظ على تدفق التحكم المستقل عن المدخلات ونمط الوصول إلى الذاكرة الخاص بالتطبيق المرجعي.

التطبيقات

يُختار كل متغيّر ضمن src/x86_64/ وقت الإعداد (configure) عبر -DHQC_X86_IMPL=<variant> ويُبنى في مكتبته وملفات اختباره الثنائية الخاصة به.

المتغيّر	تسمية الورقة	ISA	الوصف
avx256	HQC reference	AVX2	التطبيق الرسمي المحسّن (خط الأساس)
avx256_TC_Jang	Jang et al.	AVX2	ضرب GFmulOpt Toom-Cook/Karatsuba
avx256_TC_GFNI	Ours (AVX2)	AVX2+GFNI	مفكّكات GFNI Reed-Solomon / Reed-Muller الخاصة بنا على بناء AVX2
avx256_FAFFT_GFNI_chen	Chen et al.	AVX2+GFNI	ضرب FAFFT، التدفق الأصلي غير المخزّن مؤقتًا
avx256_FAFFT_GFNI_chen_x2	Chen et al. (dagger)	AVX2+GFNI	FAFFT مع تدفق ring_mul_x2 ذي المعامل المشترك
avx256_FAFFT_GFNI_ours	Ours FAFFT (AVX2)	AVX2+GFNI	FAFFT + تحويل أساسي بذيل صفري + مفكّكاتنا
avx512_Robert	Robert–Véron	AVX-512	ضرب كثيرات الحدود AVX-512 من Robert–Véron
avx512_Cabral	Cabral et al.	AVX-512+GFNI	الشيفرة المصدرية من Cabral et al. (تتضمن إصلاحهم لـ HQC-3 hash_j بتاريخ 2026-07-21)
avx512_TC_GFNI	Ours TC/Karat (AVX-512)	AVX-512+GFNI	AVX-512 Toom-Cook/Karatsuba، مفكّكات GFNI، AVX-512 Keccak
avx512_FAFFT_GFNI	Ours FAFFT (AVX-512)	AVX-512+GFNI	نقل AVX-512 لتطبيق Chen et al. على AVX2

يختلف بناءا Ours لكل ISA فقط في مضاعِف كثيرات الحدود، لذا تعزل مقارنتهما الشاملة اختيار المضاعِف.

البناء

المتطلبات: GCC >= 12، CMake >= 3.21، معالج x86-64. تتطلب متغيّرات AVX-512 AVX-512F/BW/DQ/VL/VBMI/VBMI2/IFMA/BITALG/VPOPCNTDQ، و VPCLMULQDQ، و GFNI (Ice Lake / Tiger Lake / Rocket Lake / Zen 4 أو أحدث).

# one variant
mkdir build-avx512_TC_GFNI && cd build-avx512_TC_GFNI
cmake -DHQC_ARCH=x86_64 -DHQC_X86_IMPL=avx512_TC_GFNI ..
cmake --build . -j

# or every variant at once (creates build-<variant>/ directories)
./build_all.sh

اختبارات الإجابة المعروفة

# from the repository root, after building
bash scripts/run_kat.sh                      # all variants
bash scripts/run_kat.sh avx512_TC_GFNI       # one variant

ملاحظة: لا يطبع test_kat_hqc_* شيئًا عند النجاح ويطبع أسطرًا تحتوي على bad عند عدم التطابق؛ ويقوم السكربت بفحص المخرجات وفقًا لذلك.

القياسات المرجعية

بروتوكول الورقة: تعطيل Turbo Boost و SMT، وتثبيت العملية على نواة فيزيائية واحدة، وكل قيمة مُبلَّغ عنها هي الوسيط لـ 1,000 عيّنة من 100 تكرار بعد 10,000 تكرار تسخين. تثبّت السكربتات على النواة 0 باستخدام taskset.

bash scripts/measure_build.sh <variant> [...]  # end-to-end KEM benchmark of the given variants

تُكتب السجلات الخام في benchmark_results/raw/؛ ويقدّم القياس المرجعي القيم الدنيا/الوسيط/المتوسط، والوسيط هو القيمة المذكورة في الورقة.

تخطيط المستودع

src/common/          parameter-set independent HQC code (KEM layer, coding)
src/ref/             reference implementation
src/x86_64/common/   AVX2-era shared code
src/x86_64/<variant> one directory per compared implementation (see table)
lib/fips202/         Keccak (scalar PQClean + optional XKCP AVX-512 permutation)
tests/               KAT, API, unit tests, benchmarks
kats/                known-answer files used by the KAT tests
scripts/             KAT and measurement helper scripts

الترخيص والإسناد

يُصدر المستودع الأساسي وإضافاتنا في الملكية العامة (انظر LICENSE). كما يضمّ هذا المستودع تطبيقات طرف ثالث لأغراض القياس؛ انظر THIRD_PARTY_NOTICES.md لمنشوراتها، ومصادرها، وتراخيصها.