論文の概要: Zeppelin: Client-Side BFV Encryption and Decryption for Helium-Powered Microcontrollers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.08301v1
• Date: Tue, 06 Oct 2026 13:07:53 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-08 02:58:29.99855
• Title: Zeppelin: Client-Side BFV Encryption and Decryption for Helium-Powered Microcontrollers
• Title（参考訳）: Zeppelin: ヘリウム駆動マイクロコントローラのクライアントサイドBFV暗号化と復号化
• Abstract要約: ホモモルフィック暗号化(HE)は、デバイスがデータを一度暗号化し、信頼できないクラウドサーバーが値を見ることなく暗号文で計算することを可能にする。 Zeppelinは組み込みベクトル命令セットを使用した最初のHEライブラリであり、組み込みデバイス上で暗号化と復号の両方をサポートする最初のライブラリであり、MCUクラスのハードウェア上での最初のBFV実装である。 サーバ側のアダプタは、Zepperinの暗号文をMicrosoft SEALと互換性のあるフォーマットに変換するため、サーバがすべての同型計算を実行する間、デバイスは暗号化と復号処理を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.19573380763700712
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The growth of the Internet of Things (IoT) has raised concerns over the privacy of data collected by resource-constrained sensing devices. Homomorphic encryption (HE) addresses this by letting a device encrypt its data once and an untrusted cloud server compute on the ciphertext without seeing the values. In practice, HE's memory and computational cost have kept it out of reach of microcontroller-class devices. Prior work, SEAL-Embedded, made this feasible using CKKS, but left three gaps: its arithmetic is entirely scalar, even on hardware with a vector instruction set; it never decrypts on the device, so the client cannot consume a result; and it does not explore BFV, whose encoding uses only integer arithmetic and decrypts exactly. We present Zeppelin, the first HE library to use an embedded vector instruction set, the first to support both encryption and decryption on an embedded device, and the first BFV implementation on MCU-class hardware. Zeppelin vectorizes the number-theoretic transform, HE's main bottleneck, for ARM's Helium extension, and includes a decryption procedure that avoids large-integer arithmetic and timing leakage of the secret key. A server-side adapter converts Zeppelin's ciphertexts into a format compatible with Microsoft SEAL, so the device handles encryption and decryption while the server performs all homomorphic computation. On an STM32N6 MCU with an ARM Cortex-M55, Zeppelin encodes and encrypts 4096 packed values in 4.76 ms (seeded symmetric, 128-bit security per the HE standard) and decrypts and decodes the result in 5.38 ms, using under 500 KB of RAM, with the vectorized NTT engine ${\sim}2.7\times$ faster than an equivalent scalar implementation on the same core.
• Abstract（参考訳）: IoT(Internet of Things)の成長は、リソースに制約のあるセンサーデバイスによって収集されたデータのプライバシに関する懸念を引き起こしている。 ホモモルフィック暗号化(HE)は、デバイスがデータを一度暗号化し、信頼できないクラウドサーバーが値を見ることなく暗号文で計算することで、この問題に対処する。 実際、HEのメモリと計算コストはマイクロコントローラクラスのデバイスには届かなかった。 SEAL-Embeded は CKKS を用いてこれを実現可能としたが、3つのギャップを残した: 算術はベクトル命令セットを持つハードウェアでも完全にスカラーであり、デバイス上で復号することはない。 本稿では,組込みベクトル命令セットを使用した最初のHEライブラリであるZepppelinを紹介し,組込みデバイス上での暗号化と復号化の両方をサポートし,MCUクラスのハードウェア上でのBFV実装について述べる。 Zeppelinは、ARMのHelium拡張のためのHEの主要なボトルネックである数値理論変換をベクトル化し、シークレットキーの大規模整数演算とタイミングリークを回避する復号手順を含む。 サーバ側のアダプタは、Zepperinの暗号文をMicrosoft SEALと互換性のあるフォーマットに変換するため、サーバがすべての同型計算を実行する間、デバイスは暗号化と復号処理を行う。 ARM Cortex-M55を搭載したSTM32N6 MCUでは、ゼッペリンは4096の詰め込まれた値を4.76ms(HE標準の128ビットセキュリティ)でエンコードし、500KB以下のRAMを使用して5.38msで復号し、ベクトル化されたNTTエンジン${\sim}2.7\times$で同じコア上の同等のスカラー実装よりも高速に復号する。

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