BASALISC：面向BGV全同态加密的可编程硬件加速器
密码学与安全
2023-07-26 v3 硬件体系结构
摘要
全同态加密（FHE）允许对加密数据进行安全计算。遗憾的是，巨大的内存容量、计算成本和带宽需求限制了其实用性。我们提出BASALISC，一个硬件加速器架构系列，旨在大幅加速云中的FHE计算。BASALISC首个实现了带有全打包自举（bootstrapping）的BGV方案——即任意深度计算所需的噪声去除能力。它支持一种定制版自举，可用针对面积和功耗优化的硬件乘法器实例化。BASALISC是一个三层抽象的RISC架构，面向1 GHz ASIC实现，并正在向12nm GF工艺下150mm2芯片流片推进。BASALISC的四层存储层次包含一个二维无冲突内部存储层，可在无流水线停顿的情况下实现32 Tb/s基数-256 NTT计算。其冲突解决置换硬件被通用化并重用，以无吞吐惩罚地计算BGV自同构。BASALISC还拥有定制乘加单元以加速BGV密钥切换。BASALISC工具链包含定制编译器和联合性能与正确性模拟器。为评估BASALISC，我们研究其物理可实现性，仿真并形式化验证其核心功能单元，并研究其在一组基准上的性能。仿真结果显示相较流行软件FHE库HElib加速超过5,000倍。
引用
@article{arxiv.2205.14017,
title = {BASALISC: Programmable Hardware Accelerator for BGV Fully Homomorphic Encryption},
author = {Robin Geelen and Michiel Van Beirendonck and Hilder V. L. Pereira and Brian Huffman and Tynan McAuley and Ben Selfridge and Daniel Wagner and Georgios Dimou and Ingrid Verbauwhede and Frederik Vercauteren and David W. Archer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.14017},
year = {2023}
}