論文の概要: Characterizing the Sensitivity to Individual Bit Flips in Client-Side Operations of the CKKS Scheme

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.20891v1
• Date: Mon, 28 Jul 2025 14:42:09 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-29 16:23:58.167141
• Title: Characterizing the Sensitivity to Individual Bit Flips in Client-Side Operations of the CKKS Scheme
• Title（参考訳）: CKKSスキームのクライアント側動作における個々のビットフリップに対する感度特性
• Authors: Matias Mazzanti, Augusto Vega, Esteban Mocskos,
• Abstract要約: ホモモルフィック暗号化(HE)は、復号化せずに暗号化されたデータの計算を可能にし、信頼できない環境でのプライバシ保護計算の基盤となる。 HEは、セキュアな機械学習や機密データ分析といったセンシティブなアプリケーションの採用が増加し、エラーに対する堅牢性が重要になると考えている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Homomorphic Encryption (HE) enables computation on encrypted data without decryption, making it a cornerstone of privacy-preserving computation in untrusted environments. As HE sees growing adoption in sensitive applications such as secure machine learning and confidential data analysis ensuring its robustness against errors becomes critical. Faults (e.g., transmission errors, hardware malfunctions, or synchronization failures) can corrupt encrypted data and compromise the integrity of HE operations. However, the impact of soft errors (such as bit flips) on modern HE schemes remains unexplored. Specifically, the CKKS scheme-one of the most widely used HE schemes for approximate arithmetic-lacks a systematic study of how such errors propagate across its pipeline, particularly under optimizations like the Residue Number System (RNS) and Number Theoretic Transform (NTT). This work bridges that gap by presenting a theoretical and empirical analysis of CKKS's fault tolerance under single bit-flip errors. We focus on client-side operations (encoding, encryption, decryption, and decoding) and demonstrate that while the vanilla CKKS scheme exhibits some resilience, performance optimizations (RNS/NTT) introduce significant fragility, amplifying error sensitivity. By characterizing these failure modes, we lay the groundwork for error-resilient HE designs, ensuring both performance and integrity in privacy-critical applications.
• Abstract（参考訳）: ホモモルフィック暗号化(HE)は、復号化せずに暗号化されたデータの計算を可能にし、信頼できない環境でのプライバシ保護計算の基盤となる。 HEは、セキュアな機械学習や機密データ分析といったセンシティブなアプリケーションの採用が増加し、エラーに対する堅牢性が重要になると考えている。 障害(送信エラー、ハードウェアの故障、同期障害など)は暗号化されたデータを破損させ、HE操作の整合性を損なう可能性がある。 しかし、現代のHEスキームに対するソフトエラー(ビットフリップなど)の影響は未解明のままである。 具体的には、CKKSスキームは、特にResidue Number System (RNS)やNumber Theoretic Transform (NTT)のような最適化の下で、パイプラインをまたいでどのようにそのようなエラーが伝播するかを体系的に研究している。 この研究は、単一のビットフリップ誤差下でのCKKSの耐障害性の理論的および実証的な解析によってギャップを埋める。 我々はクライアント側の操作(エンコーディング、暗号化、復号化、復号化)に焦点を当て、バニラCKKS方式はいくつかのレジリエンスを示すが、性能最適化(RNS/NTT)は重大な脆弱性を導入し、エラー感度を増幅することを示した。 これらの障害モードを特徴付けることで、プライバシクリティカルなアプリケーションの性能と整合性を保証し、エラー耐性のあるHE設計の基礎を築きます。

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