CPU多核并行优化的FHEW全同态加密算法

"基于CPU多核的FHEW并行算法" 全同态加密（Fully Homomorphic Encryption, FHE）是一种先进的加密技术，它允许在密文状态下执行任意计算，而无需解密。FHEW（Fast HE over the Wireless）是全同态加密的一种具体实现，由Ducas和Micciancio在2013年提出，主要用于解决无线通信中的计算问题。然而，FHEW算法的计算复杂度高，导致其运行速度较慢，限制了其实用性。 本研究论文关注的是如何通过利用现代多核CPU的并行处理能力来提高FHEW算法的效率。文章指出，FHEW算法中有两个主要的计算密集型过程：密钥生成和同态非门电路（包括自举过程）。这两个过程涉及到大量的独立矩阵和向量运算，这正是多核CPU可以高效处理的类型任务。 为了实现并行优化，研究者首先对FHEW算法的四个主要步骤进行了深入分析，确定了关键的时间消耗部分。然后，他们对密钥生成和同态非门电路这两部分进行了并行化改造，特别是在处理独立的矩阵和向量运算时。此外，由于离散傅立叶变换（Discrete Fourier Transform, DFT）及其逆变换在FHEW中占据重要地位且消耗大量时间和内存，研究者也对这些操作进行了并行计算优化，以提升整个算法的运行速度。 实验结果显示，通过上述并行化策略，密钥生成算法的平均运行时间从13029毫秒降低到2434毫秒，性能提高了约4.35倍。同态与非门电路运算的平均运行时间也有了显著下降，这表明多核并行算法有效地加速了FHEW的执行，增强了其在实际应用中的可行性。 这篇研究论文提出了一个创新的方法，利用CPU多核架构来加速全同态加密算法，特别是FHEW的计算过程。这一方法对于推动全同态加密技术在大数据处理、云计算和隐私保护等领域的应用具有重要意义。未来的研究可能会进一步探索更高级别的并行化策略，以及在不同硬件平台上的优化，以期在保持安全性的同时，进一步提高FHEW和其他全同态加密算法的效率。