本發(fā)明涉及計算機體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，具體來說涉及同態(tài)加密運算領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種用于全同態(tài)加密運算的加速裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、隨著云存儲和云計算的不斷普及，越來越多的用戶選擇在云端存儲和運算大規(guī)模數(shù)據(jù)。由于云端的非可信性，為了保護敏感數(shù)據(jù)，用戶通常會選擇對云存儲的數(shù)據(jù)進行加密。然而，傳統(tǒng)的加密技術(shù)，通過密鑰的方式來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加密，但加密的數(shù)據(jù)只有在存儲和傳輸?shù)倪^程中是安全的。由于運算環(huán)境的不確定性，密鑰的泄漏依然會造成隱私的暴露和數(shù)據(jù)被盜。因此，全同態(tài)加密逐漸成為云計算過程中，有效的加密手段。

2、全同態(tài)加密(fully?homomorphic?encryption，簡稱fhe)算法可以在不對加密數(shù)據(jù)進行解密的條件下進行計算。有效的全同態(tài)加密算法可以極大降低敏感數(shù)據(jù)暴露的問題，對訪問系統(tǒng)的內(nèi)部用戶以及外部用戶都起到了同樣的作用。使用全同態(tài)加密可以保護用戶的隱私不受數(shù)據(jù)處理者的影響：數(shù)據(jù)處理者在數(shù)據(jù)為密文的情況下進行處理，得到數(shù)據(jù)處理的最終結(jié)果(密文)；可實現(xiàn)訪問者無法查看正在處理的數(shù)據(jù)的明文，只能看到數(shù)據(jù)處理的最終結(jié)果。在云計算以及需要進行數(shù)據(jù)保護的分布式系統(tǒng)中，全同態(tài)加密技術(shù)具有重要作用，因為用戶可以讓服務(wù)器在不訪問原始未加密數(shù)據(jù)的情況下進行計算。

3、然而，全同態(tài)加密的算法復(fù)雜度高，需要進行大量的數(shù)學(xué)計算。全同態(tài)加密的操作比明文操作的計算開銷要大得多，這限制了它在大規(guī)模數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。一個精心優(yōu)化的fhe算法對比一個未采用加密的明文算法，速度慢4到6個數(shù)量級，這種減速使得全同態(tài)加密算法雖然具有數(shù)據(jù)隱私保護、計算外包等優(yōu)點，但是難以在實際的應(yīng)用中進行部署。

4、需要說明的是：本背景技術(shù)僅用于介紹本發(fā)明的相關(guān)信息，以便于幫助理解本發(fā)明的技術(shù)方案，但并不意味著相關(guān)信息必然是現(xiàn)有技術(shù)。相關(guān)信息與本發(fā)明方案一同提交和公開，在沒有證據(jù)表明相關(guān)信息已在本發(fā)明的申請日以前公開的情況下，相關(guān)信息不應(yīng)被視為現(xiàn)有技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種用于全同態(tài)加密運算的加速裝置和方法。

技術(shù)特征：

1.一種用于全同態(tài)加密運算的加速裝置，其特征在于，包括：加速芯片，加速芯片上設(shè)有用于執(zhí)行全同態(tài)加密算法中快速數(shù)論變換的模運算的多個模運算器組合，其中，每個模運算器組合包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述模加器包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述模減器包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置中設(shè)置有模加/減器，所述模加/減器包括：第一加/減法器、第二加/減法器、比較器和選擇器，所述模加/減器根據(jù)控制信號選擇性地被配置為所述模加器或者所述模減器，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述模乘器包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的裝置，其特征在于，所述加速芯片包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述裝置被配置為：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述片外主機被配置為：當(dāng)收到需加速具有蝶變過程的全同態(tài)加密算法的請求時，在編譯階段通過指令洗牌機制合并蝶變和取矩陣的過程，所述指令洗牌機制包括：

10.一種全同態(tài)加密加速方法，所述方法在如權(quán)利要求1-9之一所述的裝置執(zhí)行，所述方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種用于全同態(tài)加密運算的加速裝置和方法，裝置包括：加速芯片，芯片上設(shè)有用于執(zhí)行全同態(tài)加密算法中快速數(shù)論變換的模運算的多個模運算器組合，每個組合包括：模加器，被配置為基于模加指令根據(jù)被加數(shù)、加數(shù)和模數(shù)執(zhí)行模加運算；模減器，被配置為基于模減指令根據(jù)被減數(shù)、減數(shù)和模數(shù)執(zhí)行模減運算；模乘器，被配置為基于模乘指令根據(jù)被乘數(shù)、乘數(shù)和模數(shù)執(zhí)行模乘運算；本發(fā)明的技術(shù)方案通過設(shè)置模加器、模減器和模乘器來分別完成全同態(tài)加密算法中計算開銷最大的快速數(shù)論變換的模加運算、模減運算和模乘運算，可以避免在通用處理器中完成相應(yīng)運算時需要用多組指令代替一條指令增加時間開銷的問題，減少全同態(tài)加密算法的計算時間。

技術(shù)研發(fā)人員：石泓博,范志華,李文明,安學(xué)軍,葉笑春,范東睿
受保護的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19