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全同态加密软硬件加速研究进展

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全同态加密(FHE)是一种重计算、轻交互的多方安全计算协议.在基于全同态加密的计算协议中,尽管计算参与方之间无需多轮交互与大量通信,加密状态下的密态数据处理时间通常是明文计算的103～106倍,极大地阻碍了这类计算协议的实际落地;而密态数据上的主要处理负担是大规模的并行密码运算和运算所必须的密文及密钥数据搬运需求.该文聚焦软、硬件两个层面上的全同态加密加速这一研究热点,通过系统性地归类及整理当前领域中的文献,讨论全同态加密计算加速的研究现状与展望.
A Survey on Software-hardware Acceleration for Fully Homomorphic Encryption
Fully Homomorphic Encryption(FHE)is a multi-party secure computation protocol characterized by its high computational complexity and low interaction requirements.Although there is no need for multiple rounds of interactions and extensive communications between computing participants in protocols based on FHE,the processing time of encrypted data is typically 103 to 106 times of that of plaintext computing,and thus significantly hinders the practical deployment of such protocols.In particular,the large-scale darallel cryptographic operations and the cost of data movement for the ciphertext and key data needed in the operations become the dominating performance bottlenecks.The topic of accelerating FHE in both the software and the hardware layers is discussed in this paper.By systematically categorizing and organizing existing literatures,a survey on the current status and outlook of the research on FHE is presented.

Fully Homomorphic Encryption(FHE)Homomorphic algorithmCryptographic hardware acceleration

边松、毛苒、朱永清、傅云濠、张舟、丁林、张吉良、张博、陈弈、董进、关振宇

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北京航空航天大学网络空间安全学院 北京 100191

湖南大学半导体学院(集成电路学院) 长沙 410000

北京微芯区块链与边缘计算研究院 北京 100080

全同态加密 同态算法 密码硬件加速

国家重点研发计划国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国家自然科学基金国防基础科研项目

2023YFB31062006200200662172025U21B20216193201161932014619720186197201962202028U2241213JCKY2021211B017

2024

10.11999/JEIT230448

电子与信息学报
中国科学院电子学研究所 国家自然科学基金委员会信息科学部

电子与信息学报

CSTPCD北大核心
影响因子：1.302
ISSN：1009-5896
年,卷(期)：2024.46(5)