同态加密的硬件卸载及其在隐私保护计算中的应用

同态加密可以满足计算外包、数据共享、数据交易等应用对隐私保护计算的需要,但是同态加密的高计算开销限制了它在实际生产中的应用.本文从硬件卸载的角度解决同态加密的高性能计算问题,基于Intel QAT加速卡实现了一个半同态加密的高性能异步卸载框架QHCS. QHCS通过重构同态加密应用的软件栈来实现高效的异步卸载,并通过引入协程机制、批量加密技术等实现加密性能的最大化.本文同时给出了偏好不同性能指标(吞吐量、延迟)的两种卸载方案.进一步地,在由GPU及QAT组成的异构计算系统中,利用QHCS完整地实现了一个隐私保护的线性回归应用.实验结果表明,QHCS的吞吐量是目前软件实现的110倍,在百万量级的高维数据上实施隐私保护的线性回归计算只需十几分钟,可以较好地满足实际应用的需要.