一种基于余数系统的同态乘法硬件计算系统及计算方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于余数系统的同态乘法硬件计算系统。该系统包括：控制器控制整个运算流程；读写地址生成模块生成存储的读写地址；数据存储模块用于存储密文源数据和预计算参数；密文基扩展模块实现密文的多项式系数在基础基的余数表示形式与扩展基的余数表示形式之间相互扩展；对位相乘模块和密文缩放模块实现密文在NTT域的对位相乘，并通过缩放与基扩展得到三项同态乘法结果；重线性化模块将三项结果缩减为两项；输出模块输出同态乘积密文。本发明专利技术旨在克服同态运算中模数过大导致的运算复杂度高、运算速度慢等困难，利用余数系统的无权性、并行性，实现范围更广、深度更深、速度更快的同态乘法运算。速度更快的同态乘法运算。速度更快的同态乘法运算。

【技术实现步骤摘要】
一种基于余数系统的同态乘法硬件计算系统及计算方法


[0001]本专利技术涉及同态加密计算领域，尤其涉及一种基于余数系统的同态乘法硬件计算系统及计算方法。

技术介绍

[0002]信息化社会背景下，隐私保护问题备受关注。出于安全需要，用户将数据外包给其他服务时需要对隐私数据进行加密。全同态加密技术，指密文满足同态运算性质的加密技术，即对密文经过乘加运算的结果经解密后，与直接对明文进行相同运算所得结果一致。全同态加密可以保障隐私数据的安全性与加密数据处理的有效性，实现数据的“可用而不可见”，因此被称为密码学界的“圣杯”。
[0003]目前全同态加密技术仍处在方案探索阶段，BFV(Brakerski/Fan
‑
Vercauteren)方案是一种性能相对较好的主流全同态加密方案，但是和其他传统同态加密方案一样，其密态运算存在模数大、复杂度高、运算效率低等问题，较难在硬件层面部署。同态加法和同态乘法是最基本的密态运算操作，其中同态乘法的复杂度是同态加法的数十倍，因此迫切需要一种技术来实现同态乘法的优化和加速。<br/>
技术实现思路
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于余数系统的同态乘法硬件计算系统，其特征在于，包括：控制器，被设置为以有限状态机的形式控制整个运算流程有序进行，接收并传递配置信息；数据存储模块，被设置为接收并存储密文源数据和预计算参数；读写地址生成模块，被设置为生成存储器的读写地址；密文基扩展模块，被设置为实现密文的多项式系数在基础基的余数表示形式与扩展基的余数表示形式之间相互扩展；对位相乘模块，被设置为实现密文在NTT域的对位相乘，得到三项同态乘法中间结果；密文缩放模块，被设置为将中间结果的多项式系数以“明文域模数:密文域模数”比例缩放；重线性化模块，被设置为生成重线性化密钥并重组三项中间结果，使结果缩减为两项；输出模块，被设置为将同态乘法密文结果输出。2.根据权利要求1所述的一种基于余数系统的同态乘法硬件计算系统，其特征在于，所述控制器进一步用于接收配置信息：明文域多项式环系数的模数t，密文域多项式环系数的基础基数集合Q＝{q1,q2,
…
,q
kq
}、扩展基数集合P＝{p1,p2,
…
,p
kp
}，密文域多项式环系数的基础基数个数kq、扩展基数个数kp，多项式维度n；所述控制器以有限状态机的形式控制整个运算流程有序进行，向其他模块发送使能信号并传递配置信息。3.根据权利要求1所述的一种基于余数系统的同态乘法硬件计算系统，其特征在于，所述数据存储模块接收外部输入的两个BFV密文源数据和预计算参数；每个BFV密文源数据各包含两个密文域环上多项式，每一系数以基础基数集合Q中元素的模数形式表示；所述预计算参数包括基数乘积等预先计算好的参数，便于后续计算；密文源数据存储于随机存储器RAM_0、RAM_1中；所述预计算参数存储于RAM_2中。4.根据权利要求1所述的一种基于余数系统的同态乘法硬件计算系统，其特征在于，所述密文基扩展模块进一步包括：模乘器、模加器、定浮转换器、查找表、乘法器、加法器，用于密文的多项式系数在基础基的余数表示形式与扩展基的余数表示形式之间相互扩展。5.根据权利要求1所述的一种基于余数系统的同态乘法硬件计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅玉祥，徐琮玮，李丽，宋文清，何书专，李伟，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：