論文の概要: Presto: Hardware Acceleration of Ciphers for Hybrid Homomorphic Encryption

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.00367v1
• Date: Tue, 01 Jul 2025 01:48:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-03 14:22:59.156844
• Title: Presto: Hardware Acceleration of Ciphers for Hybrid Homomorphic Encryption
• Title（参考訳）: Presto: ハイブリッド同型暗号化のための暗号のハードウェア高速化
• Authors: Yeonsoo Jeon, Mattan Erez, Michael Orshansky,
• Abstract要約: HHE(Hybrid Homomorphic Encryption)は、HHEのクライアントサーバ展開において重要な暗号拡張を削減するために、対称鍵と同型暗号化を組み合わせる。 我々は、CKKSをターゲットとする2つのHHE暗号、HERAとRubatoのハードウェアアクセラレータを開発し、評価する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8982938200941091
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Hybrid Homomorphic Encryption (HHE) combines symmetric key and homomorphic encryption to reduce ciphertext expansion crucial in client-server deployments of HE. Special symmetric ciphers, amenable to efficient HE evaluation, have been developed. Their client-side deployment calls for performant and energy-efficient implementation, and in this paper we develop and evaluate hardware accelerators for the two known CKKS-targeting HHE ciphers, HERA and Rubato. We design vectorized and overlapped functional modules. The design exploits transposition-invariance property of the MixColumns and MixRows function and alternates the order of intermediate state to eliminate bubbles in stream key generation, improving latency and throughput. We decouple the RNG and key computation phases to hide the latency of RNG and to reduce the critical path in FIFOs, achieving higher operating frequency. We implement the accelerator on an AMD Virtex UltraScale+ FPGA. Both Rubato and HERA achieve a 6x improvement in throughput compared to the software implementation. In terms of latency, Rubato achieves a 5x reduction, while HERA achieves a 3x reduction. Additionally, our hardware implementations reduce energy consumption by 75x for Rubato and 47x for HERA compared to their software implementation.
• Abstract（参考訳）: HHE(Hybrid Homomorphic Encryption)は、HHEのクライアントサーバ展開において重要な暗号拡張を減らすために、対称鍵と同型暗号化を組み合わせる。 高速なHE評価が可能な特殊な対称暗号を開発した。 本報告では, CKKS をターゲットとした HHE 暗号 HERA と Rubato のハードウェアアクセラレータの開発と評価を行う。 ベクトル化および重なり合う機能モジュールを設計する。 この設計では、MixColumnsとMixRows関数のトランスポジション不変性を活用し、中間状態の順序を交換してストリームキー生成時のバブルを除去し、レイテンシとスループットを向上させる。 我々は、RNGとキー計算フェーズを分離し、RNGの遅延を隠蔽し、FIFOの臨界経路を小さくし、高い動作周波数を実現する。 このアクセラレータをAMD Virtex UltraScale+FPGA上で実装する。 Rubato と HERA はいずれも,ソフトウェア実装の6倍のスループット向上を実現している。 レイテンシの面では、Rubatoは5倍の削減を実現し、HERAは3倍の削減を実現している。 さらに,我々のハードウェア実装は,ソフトウェア実装と比較して,Rubatoの75倍,HERAの47倍のエネルギー消費削減を実現している。

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