电子与信息学报2024,Vol.46Issue(5) :1790-1805.DOI:10.11999/JEIT230448

全同态加密软硬件加速研究进展

A Survey on Software-hardware Acceleration for Fully Homomorphic Encryption

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
电子与信息学报2024,Vol.46Issue(5) :1790-1805.DOI:10.11999/JEIT230448

全同态加密软硬件加速研究进展

A Survey on Software-hardware Acceleration for Fully Homomorphic Encryption

边松 1毛苒 1朱永清 1傅云濠 1张舟 1丁林 2张吉良 2张博 3陈弈 3董进 3关振宇1
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作者信息

  • 1. 北京航空航天大学网络空间安全学院 北京 100191
  • 2. 湖南大学半导体学院(集成电路学院) 长沙 410000
  • 3. 北京微芯区块链与边缘计算研究院 北京 100080
  • 折叠

摘要

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.

Abstract

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.

关键词

全同态加密/同态算法/密码硬件加速

Key words

Fully Homomorphic Encryption(FHE)/Homomorphic algorithm/Cryptographic hardware acceleration

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基金项目

国家重点研发计划(2023YFB3106200)

国家自然科学基金(62002006)

国家自然科学基金(62172025)

国家自然科学基金(U21B2021)

国家自然科学基金(61932011)

国家自然科学基金(61932014)

国家自然科学基金(61972018)

国家自然科学基金(61972019)

国家自然科学基金(62202028)

国家自然科学基金(U2241213)

国防基础科研项目(JCKY2021211B017)

出版年

2024
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

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:1.302
ISSN:1009-5896
参考文献量80
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