摘要：大数乘法是全同态加密算法中一个不可或缺的单元模块,也是其中耗时最多的模块,设计一个性能优良的大数乘法器有助于推进全同态加密的实用化进程。针对SSA大数乘法器的实现需求,该文采用可综合Verilog HDL语言完成了一个16×24 bit有限域FFT算法的FPGA设计,通过构建树型大数求和单元和并行化处理方法有效提高了FFT算法的速度。与VIM编译环境下的系统级仿真结果比较,验证了有限域FFT算法FPGA设计的正确性。

摘要：针对当前全同态加密体制公钥尺寸过大、加解密效率低的问题,研究了基于身份的全同态加密体制并设计了相应的全同态加密函数库.首先,基于简单加密算术库中的基础定义和运算,实现了基于身份的全同态加密函数库;然后,给出了整数和字符串转化为明文多项式的编码方式,分析了使用基于身份的全同态加密函数库时的参数选择方法;最后,为用户设计了体制参数的自动生成工具,以满足效率和安全性需求.实验证明,基于身份的全同态加密体制具有密文运算效率高且无须公钥证书的优点,设计的函数库为基于身份的全同态加密体制的实际应用奠定了基础.

摘要：全同态加密允许在不解密的前提下对密文进行任意操作,为数据“可用不可见”的需求提供了绝佳的解决思路.由于效率和安全性原因,全同态加密的明文空间通常被定义在多项式环或者有限域代数结构上.目前实用化的全同态加密方案分为以BGV、BFV和CKKS为代表的第二代和以FHEW、TFHE为代表的第三代全同态加密方案,其中第二代方案的基础计算类型包括代数加法和代数乘法,而第三代方案的核心计算单元是门自举.但是现实应用涉及的数据类型包含整数、浮点数、复数、矩阵、向量等,函数计算类型包括多项式函数和三角、求逆、比较等各种非多项式函数.因此在应用全同态加密时,必须设计高效的消息编码和函数计算编码以适用于实际计算任务,提高整体运行效率.本文系统地总结了目前第二代全同态加密涉及的消息编码,并分析了一些常用函数在不同全同态加密方案下的的同态计算编码策略,最后对卷积神经网络推理和对称加密算法(AES)两个实例给出了具体分析和测试.

摘要：全同态加密可以用来解决云计算环境中的隐私保护问题,然而现有体制具有系统参数大、效率低的缺点.针对现有攻击技术,首先设计了一种高效的NTRU格上的基于身份公钥加密体制,无需借助额外的安全性假设,具有更高的安全性和更小的系统参数.之后,基于近似特征向量技术,构造了一种高效的全同态加密转化方式.通过将以上两种方法结合,给出了一种高效的基于身份全同态加密体制.和现有体制相比,除了不需要计算密钥、实现了真正意义上的基于身份特性以外,还减小了密钥、密文尺寸,提高了计算和传输效率.

摘要：基于Kristin Lauter等人的somewhat同态方案,提出"带密钥转换的重线性化技术"。结合该技术与"模转换",设计了一个基于RLWE的非自举的层次化全同态加密方案。该方案的同态操作简单,而且给出的平凡门操作使得电路层结构更清晰。最后利用自举技术作为优化提升了方案的同态运算能力。

摘要：全同态加密(FHE)由于其可以实现隐私数据的计算,大大提高了数据的安全性而在医疗诊断、云计算、机器学习等领域取得了广泛的关注。但是全同态密码高昂的计算代价阻碍了其广泛应用。即使经过算法和软件设计优化,FHE全同态加密中一个整数明文的密文数据规模可以达到56 MByte,端侧生成的密钥最大都会达到11 k Byte。密文以及密钥数据规模过大引起严重的计算和访存瓶颈。存内计算(PIM)是一个解决该问题的有效方案,其完全消除了内存墙的延迟和功耗问题,在端侧计算大规模数据时更具优势。利用存内计算加速全同态计算的工作已经被广泛研究,但是全同态加密端侧的执行过程由于耗时的模运算也面临着执行时间的瓶颈。该文分析了BFV方案加密、解密、密钥生成操作中各个关键算子的计算开销,发现模计算的计算开销平均占比达到了41%,延迟占比中访存占97%,因此,该文提出一个名为魔方派(M^(2)PI)的基于静态随机存取存储器(SRAM)存内计算的模运算加速器设计。实验结果表明,该文所提加速器相比CPU中模计算有1.77倍的计算速度提升以及32.76倍能量的节省。

摘要：全同态加密在云计算的数据和隐私安全领域有重要应用,但现有全同态加密体制普遍存在密钥、密文尺寸偏大的弊端,严重制约其实用性。为此,以环上容错学习问题为基础,提出环上重编码体制与基于属性加密体制,并与全同态加密体制结合,构造基于属性的全同态加密体制,该体制无需公钥证书,可实现对加密数据细粒度访问控制,与已有同类成果相比,大大缩短了密钥与密文尺寸。

摘要：为了对全同态加密方案中的密文噪音进行优化控制,设计了一个基于Binary-LWE的全同态加密方案。同时估计了提出的方案的安全参数,对于指定的安全等级,根据对LWE问题的区分攻击,估计出模q的最大取值。根据噪音增长与模q及电路深度之间的关系,计算方案的具体安全参数。用同样的方法分析了Bra12方案的安全参数,并且与提出的方案的参数进行比较。数据显示提出的方案具有更小的参数尺寸,其密文乘积小于Bra12方案lb2q倍,张量密钥小于Bra12方案lb3q倍,密钥交换矩阵小于Bra12方案lb2q倍。提出的噪音优化控制方法具有通用性,可以用在所有噪音依赖于密钥的基于LWE的全同态加密方案上。

摘要：针对BFV全同态加密算法,在Zynq平台上设计了一种高效实现方案。该方案结合负包裹卷积与数论变换(NTT)算法,优化并加速了多项式乘法的过程。同时采用流水线设计思想和并行化硬件电路架构,加速BFV算法的RNS实现。系统采用AXI-DMA传输机制高效地实现了ARM和FPGA之间数据传输。在Zynq Ultra‐Scale+MPSoC ZCU102平台上测试,系统在200 MHz时钟频率下,执行一次同态加法的平均耗时为0.024 ms;执行一次同态乘法的平均耗时为5.779 ms,其中包括0.874 ms的密文传输时间。与SEAL库和OpenFHE库的实现相比,所提方案的同态加法实现了4.63倍和6.79倍的效率提升,同态乘法实现了4.43倍和2.95倍的效率提升,这为全同态加密算法的实际工程实现提供了重要参考。

摘要：全同态加密算法可以实现密文状态下的数据运算,是解决数据隐私保护的主要技术之一.由于密文的噪音规模会随着运算增大,必须在噪音增大到一定规模之前进行噪音消减操作以保证密文可以正确解密,这一操作被称为自举操作.在目前的设计蓝图中,自举操作是实现全同态加密的核心技术,也是算法计算性能的瓶颈,阻碍了全同态加密算法的产业化应用.本文从自举的技术挑战入手,系统全面地分析了自举技术的现有解决思路和未来发展趋势.