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题名动态旋转因子生成的流水线NTT高效硬件实现
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作者
韩迎梅
李斌
李坤
周清雷
于世梁
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机构
郑州大学计算机与人工智能学院
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出处
《计算机科学》
2025年第9期160-169,共10页
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基金
先进密码技术与系统安全四川省重点实验室开放课题资助项目(SKLACSS-202408)
嵩山实验室资助项目(241110210200)。
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文摘
在全同态加密领域,多项式乘法的高复杂度计算一直是性能提升的难点。为加速此过程,数论变换(Number Theoretic Transform,NTT)被广泛应用,但传统基于多路径延迟交换的NTT架构存在硬件利用率不足、旋转因子开销大等缺点。针对这些问题,提出了一种基于流水线架构的NTT硬件加速器设计方案。该方案在多路径延迟交换架构的基础上进行优化,通过统一的NTT/INTT(Inverse NTT)框架,结合流水线技术实现高度并行计算。在设计过程中,优化集成的蝶形单元引入流水线友好的改进K-RED算法,灵活适配多种运算策略,加速大规模数据处理。此外,该设计方案采用动态旋转因子生成技术,旋转因子生成器(Twiddle Factor Generation,TFG)与蝶形单元紧密协作。在初始小参数阶段,从ROM读取预存旋转因子以节省逻辑资源;在参数较大时,启用TFG动态生成旋转因子并直接分配给相应的蝶形单元,实现资源高效平衡,有效降低了旋转因子的存储需求。现场可编程门阵列实现结果表明,与以往的研究相比,所提方案在全同态加密参数集的NTT上的执行速度提高了1.14~40.81倍;同时,在硬件资源占用方面,该方案在面积-时间乘积指标上减少了23%~82%。
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关键词
全同态加密
多项式乘法
数论变换
流水线
动态旋转因子
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Keywords
Fully homomorphic encryption
Polynomial multiplication
Number theoretic transform
Pipeline
Dynamic twiddle factor
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分类号
TP309
[自动化与计算机技术]
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