Fugu-MT 論文翻訳(概要): NSHEDB: Noise-Sensitive Homomorphic Encrypted Database Query Engine

論文の概要: NSHEDB: Noise-Sensitive Homomorphic Encrypted Database Query Engine

arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.24271v1
Date: Fri, 27 Feb 2026 18:41:10 GMT
ステータス: 翻訳完了
システム内更新日: 2026-03-02 19:48:24.566913
Title: NSHEDB: Noise-Sensitive Homomorphic Encrypted Database Query Engine
Title（参考訳）: NSHEDB: ノイズ感度同型暗号化データベースクエリエンジン
Authors: Boram Jung, Yuliang Li, Hung-Wei Tseng,
Abstract要約: ホモモルフィック暗号化(HE)は、暗号化されたデータに直接計算を可能にし、セキュアでプライバシを保存するデータストレージとクエリ実行のための強力な暗号化保証を提供する。その理論的な力にもかかわらず、データベースシステムにおけるHEの実践的採用は、極端な暗号文の拡張、メモリオーバーヘッド、ブートストラップの計算コストによって制限されている。 NSHEDBは、システムアーキテクチャレベルでこれらの課題に対処するために設計されたセキュアなクエリ処理エンジンである。
参考スコア（独自算出の注目度）: 5.1414137771359565
License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
Abstract: Homomorphic encryption (HE) enables computations directly on encrypted data, offering strong cryptographic guarantees for secure and privacy-preserving data storage and query execution. However, despite its theoretical power, practical adoption of HE in database systems remains limited due to extreme cipher-text expansion, memory overhead, and the computational cost of bootstrapping, which resets noise levels for correctness. This paper presents NSHEDB, a secure query processing engine designed to address these challenges at the system architecture level. NSHEDB uses word-level leveled HE (LHE) based on the BFV scheme to minimize ciphertext expansion and avoid costly bootstrapping. It introduces novel techniques for executing equality, range, and aggregation operations using purely homomorphic computation, without transciphering between different HE schemes (e.g., CKKS/BFV/TFHE) or relying on trusted hardware. Additionally, it incorporates a noise-aware query planner to extend computation depth while preserving security guarantees. We implement and evaluate NSHEDB on real-world database workloads (TPC-H) and show that it achieves 20x-V1370x speedup and a 73x storage reduction compared to state-of-the-art HE-based systems, while upholding 128-bit security in a semi-honest model with no key release or trusted components.
Abstract（参考訳）: ホモモルフィック暗号化(HE)は、暗号化されたデータに直接計算を可能にし、セキュアでプライバシを保存するデータストレージとクエリ実行のための強力な暗号化保証を提供する。しかし、その理論的な力にもかかわらず、データベースシステムにおけるHEの実践的採用は、極端な暗号文拡張、メモリオーバーヘッド、ブートストラップの計算コストによって制限され、正確性のためにノイズレベルをリセットする。本稿では、システムアーキテクチャレベルでこれらの課題に対処するために設計されたセキュアなクエリ処理エンジンNSHEDBについて述べる。 NSHEDBは、BFVスキームに基づく単語レベルレベルHE(LHE)を使用して、暗号文の拡張を最小化し、コストのかかるブートストラップを回避する。これは、異なるHEスキーム(例えば、CKKS/BFV/TFHE)間を暗号化したり、信頼できるハードウェアに依存することなく、純粋に同型な計算を用いて、等価性、範囲、集約操作を実行する新しい手法を導入している。さらに、セキュリティ保証を保ちながら計算深度を拡張するために、ノイズ対応クエリプランナも組み込まれている。実世界のデータベースワークロード(TPC-H)上でNSHEDBを実装して評価し、キーリリースや信頼されたコンポーネントのない半正直なモデルで128ビットのセキュリティを維持しながら、20x-V1370xの高速化と73倍のストレージ削減を実現していることを示す。

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