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高效按键切换，实现字型FHE和GPU加速

摘要 — 速度效率、内存优化和量子抗性对于保障云计算环境的性能和安全性至关重要。全同态加密 (FHE) 通过在无需解密的情况下对加密数据进行计算来满足这一需求，从而保护数据隐私。此外，基于格的 FHE 是量子安全的，可以防御潜在的量子计算机攻击。然而，当前 FHE 方案的性能仍然不令人满意，主要是因为操作数的长度和与几个资源密集型操作相关的计算成本。在这些操作中，密钥切换是最苛刻的过程之一，因为它涉及在更大的循环环中进行计算所需的复杂算术运算。在这项研究中，我们介绍了一种新算法，该算法在密钥切换的数论变换 (NTT) 中实现了线性复杂度。该算法提供了与最先进算法相当的效率，同时显著简单且消耗更少的 GPU 内存。值得注意的是，它将空间消耗减少了高达 95%，对 GPU 内存非常友好。通过优化 GPU 性能，我们的实现与基线方法和当前最先进的方法相比实现了高达 2.0 倍的加速。该算法有效地平衡了简单性和性能，从而增强了现代硬件平台上的加密计算，并为云计算环境中更实用、更高效的 FHE 实现铺平了道路。