HW-HEANN - Beschleunigung des homomorphen RNS-CKKS-Verschlüsselungsschemas auf heterogenen CPU-FPGA-Plattformen

Homomorphic Encryption (HE) ist eine elegante kryptografische Lösung, um eine Verletzung der Privatsphäre zu verhindern und gleichzeitig die Vorteile des Cloud-Computing zu nutzen. Mit HE kann der Benutzer seine verschlüsselten Daten in die Cloud hochladen und dennoch Berechnungen durchführen (z. B. ein Modell auswerten) verschlüsselte Daten. Software-Implementierungen von HE sind jedoch sehr langsam. Daher zielt dieser Forschungsvorschlag darauf ab, eine Beschleunigerarchitektur für homomorphes Computing auf verschlüsselten Daten zu entwerfen. Insbesondere werden wir eine Hardware- / Software-Codesignbibliothek für heterogene CPU-FPGA-Plattformen der neuen Generation für die hochmoderne RNS-Variante (Residue Number System) des homomorphen CKKS-Verschlüsselungsschemas entwerfen, die wir RNS-CKKS nennen in diesem Vorschlag. Das RNS-CKKS-Schema ist derzeit das leistungsstärkste homomorphe Verschlüsselungsschema für die Arithmetik von ungefähren Zahlen über die Verschlüsselung. Wir werden Hochgeschwindigkeits- und Parallelalgorithmen für die Bausteine ​​entwerfen, die bei homomorphen Additions- und Multiplikationsverfahren von RNS-CKKS verwendet werden, den Speicherzugriff auf dem Chip und den Kommunikationsaufwand außerhalb des Chips reduzieren und die Parallelverarbeitung auf verschiedenen Ebenen der Implementierungshierarchie einführen. Wir werden auch die Möglichkeiten zur Beschleunigung des Bootstrapping-Verfahrens von RNS-CKKS auf FPGA-Plattformen untersuchen. Dieses Forschungsprojekt wird optimierte Algorithmen, Codesign-Methoden und Quellcodes eines leistungsstarken, skalierbaren und energieeffizienten Beschleunigers für das homomorphe RNS-CKKS-Verschlüsselungsschema liefern. Wir gehen davon aus, dass der Beschleuniger sowohl die Rechenzeit als auch den Stromverbrauch in Bezug auf vorhandene Softwareimplementierungen um Größenordnungen reduzieren kann, was den Beschleuniger für Samsung SDS- und Cloud-Dienstanbieter im Allgemeinen attraktiv und wirtschaftlich macht.