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)加密的算法復雜度高，需要進行大量的數(shù)學計算。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,安學軍,葉笑春,范東睿
受保護的技術(shù)使用者：中國科學院計算技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19