一種支持多種類同態(tài)運算的加速裝置和方法，加速裝置包括核內(nèi)緩存資源池、指令解析和交互單元、指令執(zhí)行資源池、算子單元池、獨立的配置指令接口和獨立的數(shù)據(jù)傳輸接口。核內(nèi)緩存資源池用于存儲同態(tài)運算源數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和結(jié)果數(shù)據(jù)，指令解析和交互單元用于解析通過配置指令接口獲取的同態(tài)運算請求信息，并將解析獲取的同態(tài)運算指令發(fā)送給指令執(zhí)行資源池，指令執(zhí)行資源池中的多個同態(tài)算子單元依據(jù)同態(tài)運算指令涉及的同態(tài)運算類型調(diào)用算子單元池中對應(yīng)的同態(tài)算子單元執(zhí)行同態(tài)運算。通過合理的同態(tài)運算架構(gòu)、多類型的同態(tài)算子單元和增設(shè)的片內(nèi)緩存，使得加速裝置能對多種類型的同態(tài)運算進(jìn)行加速，擴(kuò)展了加速裝置的同態(tài)運算適用范圍。圍。圍。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種支持多種類同態(tài)運算的加速裝置和方法
[0001]本專利技術(shù)涉及數(shù)據(jù)安全保護(hù)
，具體涉及一種支持多種類同態(tài)運算的加速裝置和方法。
技術(shù)介紹
[0002]隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，不斷增加的數(shù)據(jù)量被傳輸、存儲、計算。其中的很多數(shù)據(jù)是關(guān)鍵的、加密的、安全的或私有的。特別是私有的數(shù)據(jù)，還可能受機(jī)密性法律和法規(guī)的保護(hù)。用戶一般都通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密保護(hù)，免受惡意內(nèi)部人員、外部攻擊者或意外暴露。在傳統(tǒng)的加密機(jī)制下，數(shù)據(jù)在傳輸和存儲的環(huán)節(jié)都可以實現(xiàn)加密保護(hù)。但涉及數(shù)據(jù)使用的環(huán)節(jié)中，密文數(shù)據(jù)往往需要解密后才能對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，導(dǎo)致明文數(shù)據(jù)極容易受到攻擊。學(xué)術(shù)和工業(yè)界一直為解決這一難題提出各種方案，如同態(tài)加密。同態(tài)加密（Homomorphic Encryption, HE）是應(yīng)用非常廣的密碼學(xué)工具，滿足密文同態(tài)運算性質(zhì)的加密算法，即數(shù)據(jù)經(jīng)過同態(tài)加密之后，對密文進(jìn)行特定的計算，得到的密文計算結(jié)果在進(jìn)行對應(yīng)的同態(tài)解密后的明文等同于對明文數(shù)據(jù)直接進(jìn)行相同的計算，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的“可算不可見”。因此被廣泛應(yīng)用在隱私保護(hù)的云服務(wù)計算、外包計算、聯(lián)邦學(xué)習(xí)等場景中，是新興隱私技術(shù)的一個方向。
[0003]同態(tài)加密計算要求計算的全程需要在密文狀態(tài)下完成，相比明文計算，密文計算速度下降3
?
6個量級，因此需要更大的算力資源支持同態(tài)加密計算。通過對處理器芯片或FPGA（Field
?
Programmable Gate Array）硬件進(jìn)行編程后，可以構(gòu)造適合處理同態(tài)加密算法的硬件架構(gòu)，以達(dá)到加速密文計算的目的。然而現(xiàn)有技術(shù)中用于同態(tài)加密運算的運算加速核只能針對一種類型的同態(tài)運算進(jìn)行加速，限制了硬件加速核的適用范圍。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0004]本申請主要解決的技術(shù)問題是如何提高用于同態(tài)運算的片內(nèi)硬件加速核的適用范圍。
[0005]第一方面，一種實施例中提供一種支持多種類同態(tài)運算的加速裝置，包括核內(nèi)緩存資源池、指令解析和交互單元、指令執(zhí)行資源池、算子單元池、獨立的配置指令接口和獨立的數(shù)據(jù)傳輸接口；所述數(shù)據(jù)傳輸接口與所述核內(nèi)緩存資源池連接，用于獲取同態(tài)運算源數(shù)據(jù)，并將所述同態(tài)運算源數(shù)據(jù)發(fā)送給所述核內(nèi)緩存資源池；所述核內(nèi)緩存資源池用于存儲所述同態(tài)運算源數(shù)據(jù)，還用于存儲同態(tài)運算中間數(shù)據(jù)和同態(tài)運算結(jié)果數(shù)據(jù)，并將所述同態(tài)運算結(jié)果數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口向外輸出；所述配置指令接口與所述指令解析和交互單元連接，用將獲取的同態(tài)運算請求信息發(fā)送給所述指令解析和交互單元；所述指令解析和交互單元用于對獲取的所述同態(tài)運算請求信息進(jìn)行解析，并將解析獲取的同態(tài)運算指令發(fā)送給所述指令執(zhí)行資源池；
所述算子單元池包括至少兩個同態(tài)算子單元，每個所述同態(tài)算子單元用于一種同態(tài)運算類型的同態(tài)運算；所述算子單元池中全部所述同態(tài)算子單元的同態(tài)運算種類至少包括兩種，所述同態(tài)運算的種類包括NTT/INTT、乘法運算、模加運算、模減運算、模乘運算和旋轉(zhuǎn)運算；所述指令執(zhí)行資源池用于執(zhí)行所述同態(tài)運算指令；所述指令執(zhí)行資源池包括至少一個指令執(zhí)行單元，所述指令執(zhí)行單元用于獲取所述同態(tài)運算指令，并依據(jù)所述同態(tài)運算指令調(diào)用該同態(tài)運算指令涉及的同態(tài)運算類型所對應(yīng)的同態(tài)算子單元對所述核內(nèi)緩存池中預(yù)存的同態(tài)運算源數(shù)據(jù)進(jìn)行同態(tài)運算；所述同態(tài)算子單元還用于將同態(tài)運算獲取的同態(tài)運算中間數(shù)據(jù)和/或同態(tài)運算結(jié)果數(shù)據(jù)存儲在所述核內(nèi)緩存資源池中。
[0006]一實施例中，當(dāng)所述指令解析和交互單元對獲取的所述同態(tài)運算請求信息進(jìn)行解析獲取多個同態(tài)運算指令時，所述指令解析和交互單元將每個所述同態(tài)運算指令并行發(fā)送給所述指令執(zhí)行資源池；當(dāng)所述指令執(zhí)行資源池獲取多個所述同態(tài)運算指令時，調(diào)用與所述同態(tài)運算指令數(shù)量相同的所述指令執(zhí)行單元，依據(jù)所述同態(tài)運算請求信息中預(yù)設(shè)的先后順序執(zhí)行同態(tài)運算。
[0007]一實施例中，所述指令執(zhí)行單元的種類包括單一運算類型和復(fù)合運算類型，所述單一運算類型的指令執(zhí)行單元用于執(zhí)行單一類別的基礎(chǔ)同態(tài)運算，所述復(fù)合運算類型的指令執(zhí)行單元用于執(zhí)行復(fù)合形式的同態(tài)運算，復(fù)合形式的同態(tài)運算會一次或多次調(diào)用單一類別的指令執(zhí)行單元，實現(xiàn)基礎(chǔ)運算資源的復(fù)用；所述復(fù)合形式的同態(tài)運算包括NTT/INTT、旋轉(zhuǎn)運算。
[0008]一實施例中，在所述算子單元池中對應(yīng)每種同態(tài)運算類型的所述同態(tài)算子單元包括至少一個；所述指令執(zhí)行單元還用于依據(jù)所述同態(tài)運算指令調(diào)用至少一個同態(tài)算子單元執(zhí)行同態(tài)運算；所述指令執(zhí)行單元還用于依據(jù)所述同態(tài)運算指令調(diào)用至少一種同態(tài)運算類型的所述同態(tài)算子單元執(zhí)行同態(tài)運算。
[0009]一實施例中，所述核內(nèi)緩存資源池包括運算存儲區(qū)和參數(shù)存儲區(qū)；所述運算存儲區(qū)用于存儲所述同態(tài)運算源數(shù)據(jù)、所述同態(tài)運算中間數(shù)據(jù)和所述同態(tài)運算結(jié)果數(shù)據(jù)，所述參數(shù)存儲區(qū)用于存儲同態(tài)運算參數(shù)數(shù)據(jù)；所述運算存儲區(qū)的緩存深度與待運算多項式的系數(shù)數(shù)目匹配，支持的深度包括1024、4096、8192、16384或32768。
[0010]一實施例中，當(dāng)所述同態(tài)算子單元完成同態(tài)運算后，所述指令執(zhí)行單元還用于將同態(tài)運算結(jié)束信息發(fā)送給所述指令解析和交互單元；所述指令解析和交互單元還用于將從每個所述指令執(zhí)行單元獲取的所述同態(tài)運算結(jié)束信息進(jìn)行統(tǒng)計匯總后通過所述配置指令接口輸出。
[0011]第二方面，一種實施例中提供一種支持多種類同態(tài)運算的加速方法，應(yīng)用于如第一方面所述的加速裝置中，所述加速方法包括：通過獨立的配置指令接口獲取同態(tài)運算請求信息；通過獨立的數(shù)據(jù)傳輸接口獲取同態(tài)運算源數(shù)據(jù)；對獲取的所述同態(tài)運算請求信息進(jìn)行解析，并將解析獲取的同態(tài)運算指令發(fā)送給
指令執(zhí)行資源池；所述指令執(zhí)行資源池將所述同態(tài)運算指令分配給閑置的指令執(zhí)行單元；所述指令執(zhí)行單元獲取所述同態(tài)運算指令后，依據(jù)所述同態(tài)運算指令調(diào)用該同態(tài)運算指令涉及的同態(tài)運算類型所對應(yīng)的同態(tài)算子單元對所述核內(nèi)緩存池中預(yù)存的同態(tài)運算源數(shù)據(jù)進(jìn)行同態(tài)運算，并將同態(tài)運算獲取的同態(tài)運算中間數(shù)據(jù)和/或同態(tài)運算結(jié)果數(shù)據(jù)存儲在所述核內(nèi)緩存資源池中。
[0012]一實施例中，所述將解析獲取的同態(tài)運算指令發(fā)送給指令執(zhí)行資源池，包括：當(dāng)解析獲取多個所述同態(tài)運算指令時，將每個所述同態(tài)運算指令并行發(fā)送給所述指令執(zhí)行資源池；所述指令執(zhí)行資源池將所述同態(tài)運算指令分配給閑置的指令執(zhí)行單元，包括:當(dāng)所述指令執(zhí)行資源池獲取多個所述同態(tài)運算指令時，調(diào)用與所述同態(tài)運算指令數(shù)量相同的所述指令執(zhí)行單元，依據(jù)所述同態(tài)運算請求信息中預(yù)設(shè)的先后順序執(zhí)行同態(tài)運算。
[0013]一實施例中，所述依據(jù)所述同態(tài)運算指令調(diào)用該同態(tài)運算指令涉及的同態(tài)運算類型所對應(yīng)的同態(tài)算子單元對所述核內(nèi)緩存池中預(yù)存的同態(tài)運算源數(shù)據(jù)進(jìn)行同態(tài)運算，包括：當(dāng)所述同態(tài)運算指令包括多種同態(tài)運算類型的多個同態(tài)運算時，所述指令執(zhí)行單元調(diào)用與所述同態(tài)運算數(shù)量相同且同態(tài)運算類型相對應(yīng)的同態(tài)算子單元執(zhí)行同態(tài)運算。
[0014]第三方面，一種實施例中提供一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，包括程序，所述程序能夠被處理器執(zhí)行以實現(xiàn)如第二方面所述的加速方法。
[0015]上述實施例中公開的支持多種類同態(tài)運算的加速裝置，由于算子本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種支持多種類同態(tài)運算的加速裝置，其特征在于，包括核內(nèi)緩存資源池、指令解析和交互單元、指令執(zhí)行資源池、算子單元池、獨立的配置指令接口和獨立的數(shù)據(jù)傳輸接口；所述數(shù)據(jù)傳輸接口與所述核內(nèi)緩存資源池連接，用于獲取同態(tài)運算源數(shù)據(jù)，并將所述同態(tài)運算源數(shù)據(jù)發(fā)送給所述核內(nèi)緩存資源池；所述核內(nèi)緩存資源池用于存儲所述同態(tài)運算源數(shù)據(jù)，還用于存儲同態(tài)運算中間數(shù)據(jù)和同態(tài)運算結(jié)果數(shù)據(jù)，并將所述同態(tài)運算結(jié)果數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)傳輸接口向外輸出；所述配置指令接口與所述指令解析和交互單元連接，用將獲取的同態(tài)運算請求信息發(fā)送給所述指令解析和交互單元；所述指令解析和交互單元用于對獲取的所述同態(tài)運算請求信息進(jìn)行解析，并將解析獲取的同態(tài)運算指令發(fā)送給所述指令執(zhí)行資源池；所述算子單元池包括至少兩個同態(tài)算子單元，每個所述同態(tài)算子單元用于一種同態(tài)運算類型的同態(tài)運算；所述算子單元池中全部所述同態(tài)算子單元的同態(tài)運算種類至少包括兩種，所述同態(tài)運算的種類包括NTT/INTT、乘法運算、模加運算、模減運算、模乘運算和旋轉(zhuǎn)運算；所述指令執(zhí)行資源池用于執(zhí)行所述同態(tài)運算指令；所述指令執(zhí)行資源池包括至少一個指令執(zhí)行單元，所述指令執(zhí)行單元用于獲取所述同態(tài)運算指令，并依據(jù)所述同態(tài)運算指令調(diào)用該同態(tài)運算指令涉及的同態(tài)運算類型所對應(yīng)的同態(tài)算子單元對所述核內(nèi)緩存池中預(yù)存的同態(tài)運算源數(shù)據(jù)進(jìn)行同態(tài)運算；所述同態(tài)算子單元還用于將同態(tài)運算獲取的同態(tài)運算中間數(shù)據(jù)和/或同態(tài)運算結(jié)果數(shù)據(jù)存儲在所述核內(nèi)緩存資源池中。2.如權(quán)利要求1所述的加速裝置，其特征在于，當(dāng)所述指令解析和交互單元對獲取的所述同態(tài)運算請求信息進(jìn)行解析獲取多個同態(tài)運算指令時，所述指令解析和交互單元將每個所述同態(tài)運算指令并行發(fā)送給所述指令執(zhí)行資源池；當(dāng)所述指令執(zhí)行資源池獲取多個所述同態(tài)運算指令時，調(diào)用與所述同態(tài)運算指令數(shù)量相同的所述指令執(zhí)行單元，依據(jù)所述同態(tài)運算請求信息中預(yù)設(shè)的先后順序執(zhí)行同態(tài)運算。3.如權(quán)利要求1所述的加速裝置，其特征在于，所述指令執(zhí)行單元的種類包括單一運算類型和復(fù)合運算類型，所述單一運算類型的指令執(zhí)行單元用于執(zhí)行單一類別的基礎(chǔ)同態(tài)運算，所述復(fù)合運算類型的指令執(zhí)行單元用于執(zhí)行復(fù)合形式的同態(tài)運算，復(fù)合形式的同態(tài)運算會一次或多次調(diào)用單一類別的指令執(zhí)行單元，實現(xiàn)基礎(chǔ)運算資源的復(fù)用；所述復(fù)合形式的同態(tài)運算包括NTT/INTT和旋轉(zhuǎn)運算。4.如權(quán)利要求1所述的加速裝置，其特征在于，在所述算子單元池中對應(yīng)每種同態(tài)運算類型的所述同態(tài)算子單元包括至少一個；所述指令執(zhí)行單元還用于依據(jù)所述同態(tài)運算指令調(diào)用至少一個同態(tài)算子單元執(zhí)行同態(tài)運算；所述指令執(zhí)行單元還用于依據(jù)所述同態(tài)運算指...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙幸，陳思，王宗岳，劉烈，沈憶冰，
申請(專利權(quán))人：深圳市紐創(chuàng)信安科技開發(fā)有限公司，
類型：發(fā)明
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