feat(mlkem_top): KeyGen stage 2f (byteEncode12 -> ek, dk_pke)
Add ST_E stage: serialize t_hat[0..1] -> ek_mem[0..767], s_hat[0..1] ->
dkp_mem[0..767] via byteEncode12 (2 coeffs -> 3 bytes, LSB-first 12-bit:
b0=c0[7:0], b1={c1[3:0],c0[11:8]}, b2=c1[11:4]), then copy rho into
ek_mem[768..799]. Byte readback tap (dbg_byte_sel/idx -> dbg_byte_o).
Verified vs KAT-derived golden: ek 800B (== KAT pk) + dk_pke 768B
(== KAT sk prefix) byte-exact (20430 cyc). Completes Stage 2 datapath.
This commit is contained in:
66
sync_rtl/top/TB/tb_mlkem_kg_2f_xsim.v
Normal file
66
sync_rtl/top/TB/tb_mlkem_kg_2f_xsim.v
Normal file
@@ -0,0 +1,66 @@
|
||||
// tb_mlkem_kg_2f_xsim.v - Stage 2f: verify byteEncode12 -> ek (800B), dk_pke (768B).
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||||
// ek = byteEncode12(t_hat[0..1]) || rho ; dk_pke = byteEncode12(s_hat[0..1]).
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||||
// Golden: c000_ek.hex (single 1600-hex line), c000_dkpke.hex (1536-hex line).
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||||
`timescale 1ns/1ps
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||||
module tb_mlkem_kg_2f_xsim;
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||||
reg clk=0, rst_n=0, start_i=0;
|
||||
reg [255:0] d_i, z_i=0;
|
||||
wire busy_o, done_o;
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||||
reg [3:0] dbg_slot_i=0; reg [7:0] dbg_idx_i=0; wire [11:0] dbg_coeff_o;
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||||
reg dbg_byte_sel_i=0; reg [9:0] dbg_byte_idx_i=0; wire [7:0] dbg_byte_o;
|
||||
wire [255:0] dbg_rho_o, dbg_sigma_o;
|
||||
|
||||
mlkem_top #(.K(2)) dut (
|
||||
.clk(clk), .rst_n(rst_n), .d_i(d_i), .z_i(z_i), .start_i(start_i),
|
||||
.busy_o(busy_o), .done_o(done_o),
|
||||
.dbg_slot_i(dbg_slot_i), .dbg_idx_i(dbg_idx_i), .dbg_coeff_o(dbg_coeff_o),
|
||||
.dbg_byte_sel_i(dbg_byte_sel_i), .dbg_byte_idx_i(dbg_byte_idx_i), .dbg_byte_o(dbg_byte_o),
|
||||
.dbg_rho_o(dbg_rho_o), .dbg_sigma_o(dbg_sigma_o)
|
||||
);
|
||||
always #5 clk = ~clk;
|
||||
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||||
localparam [255:0] D_LIT = 256'h2426f1941779574d3f1b163bd57f7e173e229e630ec7f7073bdf365137c4bb6d;
|
||||
|
||||
// golden bytes loaded as memories: 1 byte per entry
|
||||
reg [7:0] ek_gold [0:799];
|
||||
reg [7:0] dkp_gold [0:767];
|
||||
integer c, i, errors;
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||||
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||||
initial begin
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||||
$readmemh("sync_rtl/top/TB/vectors/c000_ek_bytes.hex", ek_gold);
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||||
$readmemh("sync_rtl/top/TB/vectors/c000_dkpke_bytes.hex", dkp_gold);
|
||||
|
||||
d_i = D_LIT;
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||||
rst_n=0; repeat(4) @(posedge clk); rst_n=1; @(posedge clk);
|
||||
start_i=1; @(posedge clk); start_i=0;
|
||||
c=0; while(!done_o && c<500000) begin @(posedge clk); c=c+1; end
|
||||
if(!done_o) begin $display("FAIL: timeout after %0d cyc", c); $finish; end
|
||||
$display("=== Stage 2f: byteEncode12 -> ek/dk_pke === done in %0d cyc", c);
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||||
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||||
errors = 0;
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||||
// ek: 800 bytes (sel=0)
|
||||
dbg_byte_sel_i = 1'b0;
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||||
for (i = 0; i < 800; i = i + 1) begin
|
||||
dbg_byte_idx_i = i[9:0];
|
||||
@(posedge clk); @(posedge clk);
|
||||
if (dbg_byte_o !== ek_gold[i]) begin
|
||||
if (errors < 8) $display(" EK MISMATCH[%0d]: got=%02x exp=%02x", i, dbg_byte_o, ek_gold[i]);
|
||||
errors = errors + 1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
// dk_pke: 768 bytes (sel=1)
|
||||
dbg_byte_sel_i = 1'b1;
|
||||
for (i = 0; i < 768; i = i + 1) begin
|
||||
dbg_byte_idx_i = i[9:0];
|
||||
@(posedge clk); @(posedge clk);
|
||||
if (dbg_byte_o !== dkp_gold[i]) begin
|
||||
if (errors < 8) $display(" DKP MISMATCH[%0d]: got=%02x exp=%02x", i, dbg_byte_o, dkp_gold[i]);
|
||||
errors = errors + 1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
if (errors == 0) $display("ALL TESTS PASSED (ek 800B + dk_pke 768B exact)");
|
||||
else $display("TESTS FAILED: %0d byte mismatches", errors);
|
||||
$finish;
|
||||
end
|
||||
initial begin #30000000; $display("FAIL: global timeout"); $finish; end
|
||||
endmodule
|
||||
768
sync_rtl/top/TB/vectors/c000_dkpke_bytes.hex
Normal file
768
sync_rtl/top/TB/vectors/c000_dkpke_bytes.hex
Normal file
@@ -0,0 +1,768 @@
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fa
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76
|
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36
|
||||
c3
|
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d5
|
||||
aa
|
||||
48
|
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e1
|
||||
78
|
||||
40
|
||||
12
|
||||
a0
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||||
12
|
||||
f1
|
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41
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||||
68
|
||||
b7
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||||
85
|
||||
3d
|
||||
2a
|
||||
16
|
||||
f9
|
||||
0c
|
||||
a0
|
||||
2c
|
||||
c3
|
||||
3b
|
||||
20
|
||||
06
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||||
c0
|
||||
8f
|
||||
26
|
||||
c1
|
||||
5f
|
||||
ca
|
||||
29
|
||||
61
|
||||
2c
|
||||
c7
|
||||
92
|
||||
e1
|
||||
cf
|
||||
02
|
||||
e1
|
||||
32
|
||||
1a
|
||||
75
|
||||
a8
|
||||
10
|
||||
89
|
||||
19
|
||||
86
|
||||
66
|
||||
7d
|
||||
41
|
||||
48
|
||||
af
|
||||
36
|
||||
e6
|
||||
5e
|
||||
1a
|
||||
59
|
||||
25
|
||||
89
|
||||
02
|
||||
96
|
||||
17
|
||||
73
|
||||
4c
|
||||
31
|
||||
5c
|
||||
0e
|
||||
39
|
||||
b7
|
||||
51
|
||||
8c
|
||||
86
|
||||
60
|
||||
cd
|
||||
c2
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||||
65
|
||||
d0
|
||||
c8
|
||||
13
|
||||
ef
|
||||
20
|
||||
a0
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43
|
||||
31
|
||||
7f
|
||||
ae
|
||||
5b
|
||||
8e
|
||||
40
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||||
54
|
||||
6e
|
||||
ec
|
||||
f7
|
||||
1d
|
||||
6c
|
||||
05
|
||||
4f
|
||||
a6
|
||||
6b
|
||||
49
|
||||
40
|
||||
13
|
||||
09
|
||||
be
|
||||
f3
|
||||
0f
|
||||
d5
|
||||
1a
|
||||
55
|
||||
19
|
||||
75
|
||||
5d
|
||||
a9
|
||||
10
|
||||
46
|
||||
89
|
||||
b2
|
||||
6f
|
||||
08
|
||||
39
|
||||
15
|
||||
4c
|
||||
84
|
||||
7b
|
||||
ef
|
||||
23
|
||||
65
|
||||
94
|
||||
3c
|
||||
02
|
||||
49
|
||||
48
|
||||
3a
|
||||
ad
|
||||
9a
|
||||
73
|
||||
67
|
||||
c9
|
||||
80
|
||||
a3
|
||||
d1
|
||||
ce
|
||||
46
|
||||
d2
|
||||
00
|
||||
8a
|
||||
15
|
||||
27
|
||||
5c
|
||||
a3
|
||||
bc
|
||||
a4
|
||||
83
|
||||
4e
|
||||
6f
|
||||
9a
|
||||
30
|
||||
36
|
||||
c0
|
||||
cd
|
||||
80
|
||||
ba
|
||||
22
|
||||
8d
|
||||
34
|
||||
b9
|
||||
78
|
||||
02
|
||||
44
|
||||
d5
|
||||
c0
|
||||
cb
|
||||
e9
|
||||
07
|
||||
c6
|
||||
fb
|
||||
43
|
||||
82
|
||||
4a
|
||||
9c
|
||||
07
|
||||
46
|
||||
47
|
||||
16
|
||||
39
|
||||
cb
|
||||
86
|
||||
18
|
||||
8c
|
||||
60
|
||||
c3
|
||||
b2
|
||||
53
|
||||
21
|
||||
5c
|
||||
c9
|
||||
16
|
||||
92
|
||||
bc
|
||||
d1
|
||||
49
|
||||
3d
|
||||
6a
|
||||
44
|
||||
4d
|
||||
53
|
||||
64
|
||||
46
|
||||
e0
|
||||
29
|
||||
68
|
||||
13
|
||||
80
|
||||
01
|
||||
cc
|
||||
28
|
||||
7e
|
||||
0e
|
||||
51
|
||||
8f
|
||||
3a
|
||||
a2
|
||||
5d
|
||||
8c
|
||||
3b
|
||||
95
|
||||
b3
|
||||
c3
|
||||
5c
|
||||
59
|
||||
f4
|
||||
81
|
||||
9d
|
||||
48
|
||||
49
|
||||
76
|
||||
02
|
||||
9a
|
||||
f0
|
||||
5a
|
||||
26
|
||||
3c
|
||||
35
|
||||
33
|
||||
6b
|
||||
26
|
||||
1f
|
||||
77
|
||||
b2
|
||||
cd
|
||||
c2
|
||||
93
|
||||
89
|
||||
f0
|
||||
84
|
||||
c0
|
||||
4c
|
||||
bb
|
||||
37
|
||||
0c
|
||||
48
|
||||
56
|
||||
2b
|
||||
5b
|
||||
50
|
||||
77
|
||||
1c
|
||||
0f
|
||||
b8
|
||||
16
|
||||
90
|
||||
8e
|
||||
19
|
||||
8d
|
||||
d6
|
||||
d5
|
||||
3f
|
||||
76
|
||||
e4
|
||||
8b
|
||||
f0
|
||||
42
|
||||
c2
|
||||
b1
|
||||
f8
|
||||
2a
|
||||
3a
|
||||
40
|
||||
b8
|
||||
da
|
||||
f5
|
||||
1f
|
||||
46
|
||||
d7
|
||||
6f
|
||||
a4
|
||||
bc
|
||||
c9
|
||||
d3
|
||||
c8
|
||||
94
|
||||
ff
|
||||
85
|
||||
0c
|
||||
0f
|
||||
aa
|
||||
32
|
||||
e0
|
||||
ac
|
||||
33
|
||||
90
|
||||
1a
|
||||
4c
|
||||
79
|
||||
13
|
||||
9f
|
||||
5f
|
||||
20
|
||||
41
|
||||
7e
|
||||
c1
|
||||
a1
|
||||
90
|
||||
60
|
||||
70
|
||||
44
|
||||
f1
|
||||
8b
|
||||
b8
|
||||
24
|
||||
cf
|
||||
35
|
||||
0c
|
||||
78
|
||||
ab
|
||||
3d
|
||||
df
|
||||
3c
|
||||
2c
|
||||
86
|
||||
ca
|
||||
55
|
||||
43
|
||||
f7
|
||||
15
|
||||
@@ -36,6 +36,10 @@ module mlkem_top #(
|
||||
input [3:0] dbg_slot_i, // poly slot (see localparams below)
|
||||
input [7:0] dbg_idx_i, // coefficient index 0..255
|
||||
output [11:0] dbg_coeff_o,
|
||||
// Debug byte readback: ek (sel=0, 0..799) / dk_pke (sel=1, 0..767)
|
||||
input dbg_byte_sel_i,
|
||||
input [9:0] dbg_byte_idx_i,
|
||||
output [7:0] dbg_byte_o,
|
||||
// Debug taps for hash outputs
|
||||
output [255:0] dbg_rho_o,
|
||||
output [255:0] dbg_sigma_o
|
||||
@@ -65,6 +69,17 @@ module mlkem_top #(
|
||||
always @(posedge clk) dbg_coeff_r <= polymem[dbg_slot_i*256 + dbg_idx_i];
|
||||
assign dbg_coeff_o = dbg_coeff_r;
|
||||
|
||||
// ek (800B) and dk_pke (768B) byte memories (byteEncode12 output)
|
||||
localparam EK_BYTES = 384*K + 32; // 800 for K=2
|
||||
localparam DK_BYTES = 384*K; // 768 for K=2
|
||||
reg [7:0] ek_mem [0:EK_BYTES-1];
|
||||
reg [7:0] dkp_mem [0:DK_BYTES-1];
|
||||
|
||||
reg [7:0] dbg_byte_r;
|
||||
always @(posedge clk)
|
||||
dbg_byte_r <= dbg_byte_sel_i ? dkp_mem[dbg_byte_idx_i] : ek_mem[dbg_byte_idx_i];
|
||||
assign dbg_byte_o = dbg_byte_r;
|
||||
|
||||
// ================================================================
|
||||
// Top-level FSM (built incrementally). Stage 2a: G only.
|
||||
// ================================================================
|
||||
@@ -74,6 +89,7 @@ module mlkem_top #(
|
||||
localparam ST_C = 4'd3; // generate s[i],e[i] via CBD
|
||||
localparam ST_N = 4'd4; // forward NTT of s[i],e[i] in place
|
||||
localparam ST_M = 4'd5; // matrix accumulate t_hat = e_hat + sum A o s_hat
|
||||
localparam ST_E = 4'd6; // byteEncode12 -> ek_mem, dkp_mem
|
||||
localparam ST_DONE = 4'd15;
|
||||
|
||||
reg [3:0] st, st_next;
|
||||
@@ -206,6 +222,29 @@ module mlkem_top #(
|
||||
reg m_loading; // 1 while streaming pairs into poly_mul
|
||||
reg m_pending; // wait for poly_mul IDLE before next (i,j)
|
||||
|
||||
// ---- Stage 2f: byteEncode12 serializer ----
|
||||
// Pack each poly (2 coeffs -> 3 bytes, LSB-first 12-bit). ek = t_hat[0..K-1]
|
||||
// bytes || rho; dk_pke = s_hat[0..K-1] bytes. Walk coeff pairs per poly.
|
||||
reg [2:0] e_poly; // which source poly: 0,1 = t_hat0,t_hat1 -> ek
|
||||
// 2,3 = s_hat0,s_hat1 -> dk_pke
|
||||
reg [7:0] e_pair; // 0..127 coeff-pair within poly
|
||||
reg [9:0] e_rho; // 0..31 rho byte copy index (ek tail)
|
||||
reg e_done; // serialization complete
|
||||
// source poly slot for current e_poly
|
||||
wire [3:0] e_slot = (e_poly == 3'd0) ? SLOT_T0 :
|
||||
(e_poly == 3'd1) ? SLOT_T1 :
|
||||
(e_poly == 3'd2) ? SLOT_S0 : SLOT_S1;
|
||||
// two coeffs of the current pair
|
||||
wire [11:0] e_c0 = polymem[e_slot*256 + {e_pair, 1'b0}];
|
||||
wire [11:0] e_c1 = polymem[e_slot*256 + {e_pair, 1'b1}];
|
||||
// 3 packed bytes
|
||||
wire [7:0] e_b0 = e_c0[7:0];
|
||||
wire [7:0] e_b1 = {e_c1[3:0], e_c0[11:8]};
|
||||
wire [7:0] e_b2 = e_c1[11:4];
|
||||
// byte base offset within target memory: poly index *384 (= 128 pairs *3)
|
||||
wire [9:0] e_base = (e_poly[0]) ? 10'd384 : 10'd0; // poly0->0, poly1->384
|
||||
wire [9:0] e_boff = e_base + {e_pair, 1'b0} + {2'b0, e_pair}; // pair*3
|
||||
|
||||
wire [3:0] m_aslot = {2'b0, m_i[0], m_j[0]}; // A_hat[i][j] slot = i*2+j (0..3)
|
||||
wire [3:0] m_sslot = SLOT_S0 + {3'b0, m_j[0]}; // s_hat[j]
|
||||
wire [3:0] m_eslot = SLOT_E0 + {3'b0, m_i[0]}; // e_hat[i]
|
||||
@@ -244,7 +283,8 @@ module mlkem_top #(
|
||||
ST_A: if (a_pair >= K*K) st_next = ST_C;
|
||||
ST_C: if (c_poly >= 2*K) st_next = ST_N;
|
||||
ST_N: if (n_slot >= 2*K) st_next = ST_M;
|
||||
ST_M: if (m_i >= K) st_next = ST_DONE;
|
||||
ST_M: if (m_i >= K) st_next = ST_E;
|
||||
ST_E: if (e_done) st_next = ST_DONE;
|
||||
ST_DONE: st_next = ST_IDLE;
|
||||
default: st_next = ST_IDLE;
|
||||
endcase
|
||||
@@ -279,6 +319,10 @@ module mlkem_top #(
|
||||
m_loading <= 1'b0;
|
||||
m_pending <= 1'b0;
|
||||
pm_valid <= 1'b0;
|
||||
e_poly <= 3'd0;
|
||||
e_pair <= 8'd0;
|
||||
e_rho <= 10'd0;
|
||||
e_done <= 1'b0;
|
||||
end else begin
|
||||
st <= st_next;
|
||||
|
||||
@@ -453,6 +497,41 @@ module mlkem_top #(
|
||||
m_pending <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
// Arm E stage when M finishes
|
||||
if (st == ST_M && st_next == ST_E) begin
|
||||
e_poly <= 3'd0;
|
||||
e_pair <= 8'd0;
|
||||
e_rho <= 10'd0;
|
||||
e_done <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
|
||||
// ---- ST_E: byteEncode12 t_hat -> ek_mem, s_hat -> dkp_mem, ek tail = rho ----
|
||||
if (st == ST_E && !e_done) begin
|
||||
if (e_poly < 3'd4) begin
|
||||
// pack current coeff-pair (3 bytes)
|
||||
if (e_poly < 3'd2) begin
|
||||
ek_mem[e_boff] <= e_b0;
|
||||
ek_mem[e_boff + 1] <= e_b1;
|
||||
ek_mem[e_boff + 2] <= e_b2;
|
||||
end else begin
|
||||
dkp_mem[e_boff] <= e_b0;
|
||||
dkp_mem[e_boff + 1] <= e_b1;
|
||||
dkp_mem[e_boff + 2] <= e_b2;
|
||||
end
|
||||
if (e_pair == 8'd127) begin
|
||||
e_pair <= 8'd0;
|
||||
e_poly <= e_poly + 3'd1; // next poly (or ->4 = rho phase)
|
||||
end else begin
|
||||
e_pair <= e_pair + 8'd1;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
// rho copy: ek_mem[768 + r] = rho byte r (r = 0..31)
|
||||
ek_mem[10'd768 + e_rho] <= rho_r[e_rho*8 +: 8];
|
||||
if (e_rho == 10'd31) e_done <= 1'b1;
|
||||
else e_rho <= e_rho + 10'd1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
|
||||
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