本文聚焦格基(Lattice-based)后量子密码(PQC)(主要为已公开算法和标准的ML-KEM/FIPS 203、ML-DSA/FIPS 204)实现层的核心技术控制点——数论变换(Number Theoretic Transform,NTT)多项式乘法,核心观点如下:

(1)NTT是格基PQC高性能实现的必经路径:如何高效、安全执行NTT已经初露系统专利化趋势;

(2)蝶形结构、模乘算法、多算法统一架构、侧信道防护、指令集集成等多个相关技术领域均已出现专利或专利申请;

(3)对基于现有NIST FIPS算法标准体系布局的企业而言,硬件IP/芯片路线风险较高,电路架构一经定型难以迁移,软件路线风险则相对中低(可换变体),无NTT的替代路线更需努力;

(4)标准路线和专利法救济空间上,FIPS标准未指定NTT实现方式,具体NTT实现专利直接成为标准必要专利(SEP)亦有难度,FRAND约束不直接适用,可结合具体技术领域的现有权利人具体专利权利要求,开展技术路线选择、规避设计或现有技术抗辩储备。

一、NTT 技术原理

ML-KEM与ML-DSA的加密/签名运算核心之一为多项式环上的乘法。直接实现(教科书乘法)的复杂度 为O(n^2);NTT 则将乘法复杂度降至 O(n log n),主流观点认为其是追求吞吐/功耗/延迟指标的产品实现的必经之路。FIPS 203/204 标准指定了算法与参数,但未指定 NTT的内部结构、模乘算法与硬件组织等——这构成了NTT专利布局的热点及卡点区域。

主要涉及技术领域包括:

(1)蝶形运算器:NTT/逆NTT的蝶形单元与流水线——覆盖CT/GS蝶形与双蝶形MDC;

(2)模乘器:多项式乘法的基本运算单元——NTT 内部细粒度卡点;

(3)统一/共享架构:ML-KEM与ML-DSA共用 NTT 单元;

(4)侧信道防护:乱序 NTT、掩码模乘、抗故障注入——FIPS 140-3/CC 认证刚需;

(5)指令集/协处理器:RISC-V 指令扩展、处理器级、协处理器。

二、专利现状与进展

从专利申请量上观察年份趋势可见,NTT相关技术领域专利申请自 2024开始兴起,2026年仍然在密集布局中,总量已非常可观。

)国外NTT 专利申请进展

国外申请主体及其布局策略呈现出巨头集中、软硬结合、侧信道方向领先的特征。典型申请如:

国外进展方面可以初步得出以下判断:

(1)Intel的不完整 NTT与LG等的不完整性优化形成国际双轨;

(2)韩国(三星/LG/仁荷大学)在 NTT 硬件实现上系统性跟进,与国内高校形成对标;

(3)欧洲以工业验证(西门子)与同态加密(ZAMA)为特色,包括法国在 HE(Homomorphic Encryption,同态加密) 硬件上颇有积累(谷歌等美国企业在HE领域新近亦有商业化落地),但两者的结合程度和催化效应仍有待观察;

(4)国际巨头进入中国市场亦有无法自由实施的风险,国外巨头企业专利与国内高校专利或可形成双向卡位。

二)NTT 专利申请的国内进展

从体量规模上看,国内高密度布局集中在高校与中小型安全企业。这给国内后发企业带来立即着手FTO与规避、超越设计的时间窗口,对于无法规避的技术方案可能需尽早开展许可/交叉许可或者现有设计抗辩储备,避免后续散布专利被整合运营(诉讼基金/运营公司/巨头收购)后的许可专利侵权诉讼风险。

专利申请清单举例如下:

三、专利必要性与风险策略分析

(一)SEP与FRAND分析

FIPS 203/204 标准文本未指定蝶形结构/模乘算法等的具体实现方式,更未指定工程实现的路线选择和优化方案,故上述专利难以被直接认定为SEP,不直接受 FRAND 承诺约束——权利人可自由定价、选择性许可。

此外,若未来标准推进发生变化,如NIST更新/发布标准实现建议/指南、或者行业事实标准形成过程中吸纳某具体实现技术方案,相关专利可能成为修订后标准的SEP或者事实上的SEP,如果是后者,因未经标准制定/修订的SEP声明程序,原则上FRAND 义务亦不必然随之产生,这是许可策略的重要变量和不可控因素。

(二)许可费与“收费站”风险

依据我国《专利法》,专利权人可从“方法+装置”组合权利要求布局后,可对制造、许诺销售、销售、进口、使用全链条主张权利,并拓展至上游设计环节。芯片 IP 授权模式(每片提成)若叠加多件专利,则将集中形成“收费站”风险,即不同专利权人在不同卡点分别收取许可费或拒绝通行,故而需在 FTO 报告中量化许可费区间。

综上,对于目前尚未在NTT相关领域申请专利但有专利布局意图的企业,或者准备在国内外上市相关NTT实现软硬件产品的企业,可从如下方面构建NTT风险应对体系:

(1)FTO 优先清单:先确定主营产品或技术方案涉及的细分技术领域,对该领域存量专利或专利申请应逐件进行权利要求比对;

(2)规避设计前置:架构选型时即选非主流变体(混合基、替代模乘),避免量产后转型困难;整体上,软件产品绕过空间大(变体选择自由);硬件 IP一旦定型,迁移成本高,规避设计应前置到架构选型;无NTT路线的性能代价需实测——若客户对吞吐不敏感(如低速 IoT),这可能是干净的替代通道。

(3)抗辩储备:考虑到格基NTT现有技术资料较为丰富(Cooley-Tukey 1965、90年代格基方案、pq-crystals开源2016+、各类会议论文),新颖性及创造性有一定抗辩空间,可形成许可谈判或无效宣告、不侵权抗辩筹码;在既定技术路线遇到在先专利明确阻碍时,可从现有技术入手,进行储备检索,并预建现有技术证据包、时间戳公证、域外文献翻译等基础性工作。

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