[发明专利]低电路深度同态加密评估

说明书

各种实施例涉及低电路深度同态加密评估。一种装置的实施例包括：硬件加速器，用于：接收由同态加密（HE）生成的密文以用于评估；确定密文的两个系数以用于HE评估；将两个系数作为第一操作数和第二操作数输入到流水线乘法器以用于低电路深度HE评估；在第一操作数和第二操作数的部分之间执行组合乘法；累加流水线乘法器的每一级处的组合乘法的结果；以及对流水线乘法器的组合乘法器的所得累加输出执行利用梅森素数模数的约简。

技术领域

本文描述的实施例一般涉及计算系统的领域，并且更具体地，涉及低电路深度同态加密评估。

背景技术

密码计算可以指在处理器组件内部采用密码机制的用于计算机系统安全的解决方案。一些密码计算系统可以在存储器指针或用户数据离开处理器边界并进入某个外部存储器单元或传送到某个其他设备之前在处理器核内部对这样的数据采用加密和/或其他密码机制。一种类型的密码计算是同态加密（HE）。HE是指对同态加密数据执行评估（例如，加法和乘法）的一类公共加密密钥加密方案。

附图说明

在附图的各图中通过示例的方式而不是通过限制的方式图示此处所述实施例，其中相同的附图标记指代相似的元素。

图1示出了根据本公开的实施方式的采用同态加密（HE）低电路深度（LCD）流水线评估组件的计算设备。

图2示出了根据本公开的一个实施方式的HE LCD流水线评估组件。

图3是描绘根据本公开的实施方式的HE LCD流水线评估组件的示例架构图的框图。

图4是描绘根据本公开的实施方式的HE LCD流水线评估组件的示例架构图的框图。

图5示出了根据本公开的某些实施方式的用于低电路深度同态加密评估的示例流程。

图6是根据本公开的一些实施方式的能够实现低电路深度同态加密评估的说明性电子计算设备的示意图。

具体实施方式

各种实施例涉及例如用于低电路深度同态加密评估的技术。

同态加密（HE）指的是一种加密形式，它允许对密文的计算，生成加密结果，该加密结果当被解密时与操作的结果相匹配，就好像它们是对明文执行一样。HE标识对同态加密数据执行评估（例如，加法和乘法）的一类公共密钥加密方案。在现代HE方案中，密文可以组织为具有高维数和大系数的代数环。例如，带错误的环学习（LWE）是代数环的典型选择，其中两个密文的乘法利用乘以高阶多项式（例如，8192次），其中系数取模（“mod（模）”或“modulus（模数）”）较大整数（例如，220位）。

HE的示例应用领域包括医疗保健、金融以及通常受益于多方贡献的数据的组合分析的领域。HE应用的工作负载的示例包括但不限于逻辑回归训练、贝叶斯推理或神经网络。HE域的一些应用可被视为“低电路深度”应用。低电路深度应用是指在密文上利用少量（例如，1或2次嵌套乘法）操作以便生成结果的那些应用。低电路深度应用的一些示例可能包括矩阵乘法、线性回归，其中乘法深度为1。例如，另一个低电路深度应用可能是具有小于5的乘法深度的逻辑回归的HE友好版本。

当前HE应用的一个缺点是，与在明文上评估相同操作相比，对同态加密数据上的乘法执行评估可能慢至其1/10⁵。例如，如上所述，在HE方案中，密文可以组织为具有高维数和大系数的代数环。因此，HE方案的结果是，单个本地数据类型（例如，整数、浮点等）被加密为更复杂的数据结构。这种更复杂的数据结构可以是具有某个位宽度的系数的多项式。

结果，相对于HE域在本地明文域中执行等效的计算操作，诸如加法和乘法，也更加复杂。例如，在本地域中执行两个8位整数的乘法导致16位输出。然而，两个8位整数的等效乘法一旦在HE域中被加密就可以涉及作为输入的几百位的系数的几千个元素多项式。这可能涉及HE域中超过十万次的乘法。因此，HE域中系数乘法的延迟和吞吐量与HE评估的整体性能直接相关。