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DNA-HHE:面向边缘设备的双模混合同态加密近网络加速器

密码学与安全 2025-12-23 v1 硬件体系结构

摘要

全同态加密(FHE)方案如 RNS-CKKS 可实现隐私保护的 outsourced 计算(PPOC),但在资源受限的边缘端面临高计算延迟和密文膨胀问题。混合同态加密(HHE)通过替换对明文加密的 HE 为轻量级对称加密(如 RNS-CKKS 变体的 Rubato 密码)缓解边缘端问题,却在云端引入 transciphering 开销。FHE 与 HHE 的优势与局限性促使需要具备灵活算法切换能力的双模 HHE 解决方案。本文提出 DNA-HHE,首个具备近网络耦合功能的双模 HHE 加速器,支持统一架构下的边缘端 RNS-CKKS 与 Rubato。为实现边缘端紧凑实现,我们提出 DSP 高效模块化约简设计、紧凑多域自适应蝶形单元及 Rubato 的并行调度方案,以实现资源高度共享。DNA-HHE 集成网络协议封装与传输能力,直接耦合至网络接口控制器,使边缘端 PPOC 的总体延迟降低 1.09×\times 至 1.56×\times。ASIC 与 FPGA 平台上的评估表明,DNA-HHE 在边缘端 RNS-CKKS 与对称密码均优于当前最先进的单模设计,具备更佳的计算延迟与面积效率,同时提供双模功能。

关键词

引用

@article{arxiv.2512.18589,
  title  = {DNA-HHE: Dual-mode Near-network Accelerator for Hybrid Homomorphic Encryption on the Edge},
  author = {Yifan Zhao and Xinglong Yu and Yi Sun and Honglin Kuang and Jun Han},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2512.18589},
  year   = {2025}
}

备注

9 pages, conference