RISE：面向同态加密边缘加解密加速的RISC-V片上系统
密码学与安全
2023-02-15 v1 硬件体系结构
摘要
如今边缘设备通常连接云端以利用其存储与计算能力，这引发了关于用户数据的安全与隐私担忧。同态加密(HE)是一种有前景的解决数据隐私问题的方案，因为它允许对加密数据进行任意复杂计算而无需解密。尽管已有大量工作加速云端的HE计算，边缘侧的消息到密文与密文到消息转换操作却鲜受关注。本工作中，我们对边缘侧转换操作进行剖析，分析表明在转换过程中的误差采样、加密与解密操作是瓶颈。为克服这些瓶颈，我们提出RISE，一种面积与能耗高效的RISC-V SoC。RISE利用高效轻量伪随机数生成器核心并结合快速采样技术来加速误差采样操作。为加速加密与解密操作，RISE使用可扩展的数据级并行来实现数论变换操作——加密与解密操作中的主要瓶颈。此外，RISE通过实现统一的加/解密数据通路节省面积，并高效利用存储器复用与数据重排序等技术以使用最少量的片上存储器。我们使用包含RISC-V处理器与所提加速器接口的完整RTL设计评估RISE。分析显示，对于消息到密文转换与密文到消息转换，使用RISE相比仅使用RISC-V处理器分别带来高达6191.19倍与2481.44倍的更高能效解决方案。
引用
@article{arxiv.2302.07104,
title = {RISE: RISC-V SoC for En/decryption Acceleration on the Edge for Homomorphic Encryption},
author = {Zahra Azad and Guowei Yang and Rashmi Agrawal and Daniel Petrisko and Michael Taylor and Ajay Joshi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.07104},
year = {2023}
}