2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on speeding up homomorphic encryption
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17K05353
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| Research Institution | Institute of Information Security |
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Principal Investigator |
有田 正剛 情報セキュリティ大学院大学, その他の研究科, 教授 (50387106)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
半田 沙里 情報セキュリティ大学院大学, その他の研究科, 研究員 (10748479)
小崎 俊二 情報セキュリティ大学院大学, その他の研究科, 研究員 (80626961)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | データプライバシー / 準同型暗号 / 円分体 / 分解体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、データマイニングやAI技術におけるデータプライバシーの保護を目的として、それらの技術における諸アルゴリズムを、データを暗号化したままで実行することを目的として、準同型暗号を効率化することを目標としている。一般の準同型暗号は、円分体と呼ばれる代数的数体を用いて構成されているが、本研究では、円分体ではなく、その(素数2に関する)分解体Zを用いることで、平文構造として（有限体ではなく）2のべき乗数を法とする整数環が現れる状況を実現し、これによって準同型暗号を高速化することを目指している。19年度は、提案準同型暗号方式について、FPGA実装によるアクセラレータを構成した。
環ベースの準同型暗号では一般にスループットを向上するためにSIMD演算が取り入れられる。ノイズの大きさが関係する処理は代数基底で逐次的に計算し、乗算等の代数演算はSIMD演算が可能なスロット基底で行うというように、環の基底を変換しながら暗号化・復号・準同型演算を行う。提案準同型暗号方式では、一般の準同型暗号に比べ、この基底変換が簡略化されるものの、やはり最もコストのかかる演算となる。そこで、並列計算による高速化を図り、小規模の次元とモジュラスの分解体を対象として上記の基底変換処理のFPGA実装を行った。基底変換行列を、18年度に考案した基本方式に基づき、環の分割の手法を適用して、小さな次元の複数の巡回行列のテンソル積として表現することにより、FPGA資源の制約の範囲内で実装することができた。ソフトウェアによる基底変換処理と比較したところ、わずかながら高速化を確認できた。次元を上げていくことにより、並列化の効果はより顕著になるはずである。
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