Leuvenshtein：基于全同态加密的高效编辑距离计算，每单元仅需单次自举
密码学与安全
2025-08-21 v1
摘要
本文提出了一种在全同态加密（FHE）框架内计算Levenshtein（编辑）距离的新方法，特别针对TFHE等第三代方案。编辑距离计算在金融和基因组学（如DNA序列比对）等应用中至关重要。我们引入了一种名为Leuvenshtein的优化算法，该算法显著降低了编辑距离计算的成本。该算法特别减少了计算每个单元所需的可编程自举（PBS）次数，将其从传统Wagner-Fisher算法所需的约94次操作降低到仅1次。此外，我们提出了一种执行字符相等性检查的高效方法，将ASCII字符比较减少到仅需2次PBS操作。最后，我们探讨了当其中一个输入字符串未加密时，利用预处理进一步提升性能的潜力。与最佳的可用TFHE实现相比，我们的Leuvenshtein实现了高达278倍的加速，比Wagner-Fisher算法的优化实现快39倍。此外，当由于服务器端存在一个未加密输入而可以进行离线预处理时，还能额外获得3倍的加速。
引用
@article{arxiv.2508.14568,
title = {Leuvenshtein: Efficient FHE-based Edit Distance Computation with Single Bootstrap per Cell},
author = {Wouter Legiest and Jan-Pieter D'Anvers and Bojan Spasic and Nam-Luc Tran and Ingrid Verbauwhede},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.14568},
year = {2025}
}
备注
Published at 34th USENIX Security Symposium (USENIX Security 2025). 2025