一种同态运算装置和方法制造方法及图纸

一种同态运算装置和方法，同态运算装置包括格式转换单元、同态运算指令编译单元和硬件运算单元。格式转换单元用于将同态运算任务信息转换为文本信息；同态运算指令编译单元用于通过对文本信息进行识别获取同态计算任务信息，并将其转换为同态计算静态图，再依据同态计算静态图生成同态计算指令集；硬件运算单元执行同态计算指令集中的同态计算指令，以完成同态运算任务。由于先依据同态运算任务信息生成同态计算静态图，再由硬件电路按该同态计算静态图执行同态计算指令集来完成同态运算，使得硬件电路按照预先优化的顺序调度其内部各个功能单元并行处理计算任务，大大提高硬件的利用率更高，运算效率。运算效率。运算效率。

【技术实现步骤摘要】
一种同态运算装置和方法


[0001]本专利技术涉及数据安全保护
，具体涉及一种同态运算装置和方法。

技术介绍

[0002]随着互联网技术的高速发展，不断增加的数据量被传输、存储、计算。其中的很多数据是关键的、加密的、安全的或私有的。特别是私有的数据，还可能受机密性法律和法规的保护。用户一般都通过对数据进行加密保护，免受恶意内部人员、外部攻击者或意外暴露。在传统的加密机制下，数据在传输和存储的环节都可以实现加密保护。但涉及数据使用的环节中，密文数据往往需要解密后才能对数据进行加工，导致明文数据极容易受到攻击。学术和工业界一直为解决这一难题提出各种方案，如同态加密。同态加密（Homomorphic Encryption, HE）是应用非常广的密码学工具，满足密文同态运算性质的加密算法，即数据经过同态加密之后，对密文进行特定的计算，得到的密文计算结果在进行对应的同态解密后的明文等同于对明文数据直接进行相同的计算，实现数据的“可算不可见”。因此被广泛应用在隐私保护的云服务计算、外包计算、联邦学习等场景中，是新兴隐私技术的一个方向。
[0003]同态加密计算要求计算的全程需要在密文状态下完成，相比明文计算，密文计算速度下降3
‑
6个量级，因此需要更大的算力资源支持同态加密计算。通过对运算芯片或FPGA（Field
‑
Programmable Gate Array）硬件进行编程后，可以构造适合处理同态加密算法的硬件架构，以达到加速密文计算的目的。目前主流的基于FPGA硬件的同态计算方案，都是通过固定计算任务，使FPGA硬件在处理单一任务或固定的某几种任务时达到较高的提速效果，但并未能够充分利用到FPGA硬件的所有硬件资源，且其FPGA硬件可支持的计算指令局限性也较大。

技术实现思路

[0004]本申请主要解决的技术问题是如何提高用于同态运算的硬件电路的利用率，以实现对同态计算的提速。
[0005]第一方面，一种实施例中提供一种同态运算装置，包括同态运算指令编译单元和硬件运算单元；所述同态运算指令编译单元用于对一预设格式的文本信息进行识别，并将通过识别获取的同态计算任务信息转换为同态计算静态图；所述同态运算指令编译单元还用于依据所述同态计算静态图获取同态计算指令集，并将获取的所述同态计算指令集发送给所述硬件运算单元；所述同态计算指令集包括至少一个同态计算指令，每个所述同态计算指令都能被所述硬件运算单元执行；所述硬件运算单元包括指令执行控制单元、至少两个存储单元和至少两个同态计算单元；所述存储单元用于存储同态运算数据，所述同态运算数据包括同态运算源数据、
同态运算过程数据和同态运算结果数据；所述同态运算源数据包括明文数据和/或密文数据，所述同态运算过程数据为同态计算过程中生成的中间数据；所述同态计算单元用于执行同态计算；所述指令执行控制单元用于依据所述同态计算指令集调度所述硬件运算单元的存储单元和同态计算单元完成同态运算任务。
[0006]第二方面，一种实施例中提供一种同态运算方法，应用于如第一方面所述的同态运算装置中，所述同态运算方法包括：将接收的同态运算任务信息转换为预设格式的文本信息；识别所述文本信息以获取同态计算任务信息；将所述同态计算任务信息转换为同态计算静态图；依据所述同态计算静态图获取同态计算指令集；硬件运算单元执行所述同态计算指令集，以完成同态运算。
[0007]第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如第二方面所述的同态运算方法。
[0008]上述实施例中公开的同态运算方法，首先将接收的同态运算任务信息转换为预设格式的文本信息，然后依据识别文本信息获取同态计算任务信息生成同态计算静态图，再按照同态计算静态图生成同态计算指令集，以用于硬件运算单元依次执行来完成同态运算任务。由于先依据同态运算任务信息生成同态计算静态图，再由硬件电路按该同态计算静态图执行同态计算指令集来完成同态运算，使得硬件按照预先优化的顺序调度其内部各个功能单元并行处理计算任务，大大提高硬件的利用率更高，运算效率。
附图说明
[0009]图1为一种实施例中同态运算装置的结构框图；图2为一种实施例中同态运算方法流程示意。
具体实施方式
[0010]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0011]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0012]本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和
间接连接（联接）。
[0013]在本申请是在原有同态运算硬件架构的基础上，设置同态运算指令编译单元，该同态运算指令编译单元先将同态运算任务信息转换为同态计算静态图，再依据同态计算静态图生成同态计算指令集，以用于硬件电路按预先优化的顺序调度其内部各个功能单元并行处理计算任务，大大提高硬件的利用率更高，运算效率，进而实现同态运算加速。
[0014]实施例一：请参考图1，为一种实施例中同态运算装置的结构框图，同态运算装置包括格式转换单元1、同态运算指令编译单元2和硬件运算单元3。格式转换单元1用于接收同态运算任务信息，并将接收的同态运算任务信息转换为预设格式的文本信息后发送给同态运算指令编译单元2。同态运算指令编译单元2用于对预设格式的文本信息进行识别，并将通过识别获取的同态计算任务信息转换为同态计算静态图。同态运算指令编译单元2还用于依据同态计算静态图获取同态计算指令集，并将获取的同态计算指令集发送给硬件运算单元3。同态计算指令集包括至少一个同态计算指令，每个同态计算指令都能被硬件运算单元3执行。硬件运算单元3包括指令执行控制单元31、至少两个存储单元32和至少两个同态计算单元33。存储单元31用于存储同态运算数据，同态运算数据包括同态运算源数据、同态运算过程数据和同态运算结果数据。同态运算源数据包括明文数据和/或密文数据，同态运算过程数据为同态计算过程中生成的中间数据。同态计算单元33用于执行同态计算，同态计算的类型包括N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同态运算装置，其特征在于，包括同态运算指令编译单元和硬件运算单元；所述同态运算指令编译单元用于对一预设格式的文本信息进行识别，并将通过识别获取的同态计算任务信息转换为同态计算静态图；所述同态运算指令编译单元还用于依据所述同态计算静态图获取同态计算指令集，并将获取的所述同态计算指令集发送给所述硬件运算单元；所述同态计算指令集包括至少一个同态计算指令，每个所述同态计算指令都能被所述硬件运算单元执行；所述硬件运算单元包括指令执行控制单元、至少两个存储单元和至少两个同态计算单元；所述存储单元用于存储同态运算数据，所述同态运算数据包括同态运算源数据、同态运算过程数据和同态运算结果数据；所述同态运算源数据包括明文数据和/或密文数据，所述同态运算过程数据为同态计算过程中生成的中间数据；所述同态计算单元用于执行同态计算；所述指令执行控制单元用于依据所述同态计算指令集调度所述硬件运算单元的存储单元和同态计算单元完成同态运算任务。2.如权利要求1所述的同态运算装置，其特征在于，所述同态运算指令编译单元包括静态图生成器和指令集生成器；所述静态图生成器用于对所述文本信息进行识别，以获取同态源数据信息和同态计算信息，并依据所述同态源数据信息和所述同态计算信息生成同态计算静态图；所述同态源数据信息包括数据存储信息；所述同态计算信息包括同态计算的类型信息；所述同态计算静态图是由最基础的同态计算节点组成；所述指令集生成器用于依据所述同态计算静态图生成所述同态计算指令集。3.如权利要求1所述的同态运算装置，其特征在于，还包括格式转换单元用于接收所述同态运算任务信息，并将接收的所述同态运算任务信息转换为所述预设格式的文本信息后发送给所述同态运算指令编译单元；所述同态运算装置还包括运算结果输出单元，用于当所述硬件运算单元依据所述同态计算指令集完成同态运算后输出同态运算完成信息和/或所述同态运算结果数据。4.如权利要求1所述的同态运算装置，其特征在于，所述同态...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈忆冰，陈思，樊俊锋，
申请(专利权)人：深圳市纽创信安科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：