基于 CKKS 同态加密的三段式 Baby-Step Giant-Step 线性变换及硬件加速器
密码学与安全
2026-05-19 v1
摘要
同态加密（Homomorphic Encryption, HE）允许直接在密文上进行计算，这是隐私保护云计算中不可或缺的技术。线性变换广泛应用于神经网络中，包括大型语言模型。然而，HE 上实现线性变换需要大量密文旋转，尽管已有简化技术，但仍造成显著的内存和硬件开销。本文提出一种三段式 Baby-Step Giant-Step 算法，将 Baby 步骤进一步分解，以显著减少 CKKS HE 评估线性变换所需的密文旋转次数。此外，为减少离芯内存访问（这构成了延迟的主要部分），提出一种经过内存优化的数据路径，通过将算法划分为多个阶段来实现。进一步设计了一种基于 FPGA 的硬件加速器，采用优化后的置换电路进行消息路由。对于典型参数，该设计相较于最佳现有设计可将离芯内存访问降低 2.9 倍。经过 Xilinx Virtex UltraScale+ 器件综合，该设计相较于基准设计实现计算延迟降低 5.8 倍。
引用
@article{arxiv.2605.17222,
title = {Triple-Hoisted Baby-Step Giant-Step Linear Transformation over CKKS Homomorphic Encryption and Hardware Accelerator},
author = {Sajjad Akherati and Xinmiao Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.17222},
year = {2026}
}
备注
11 pages, 6 figures, 7 tables, 34 refrences, and journal paper