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Homomorphic AES evaluation using the modified LTV scheme

机译：使用改进的LTV方案进行同态AES评估

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摘要

Since its introduction more than a decade ago the homomorphic properties of the NTRU encryption scheme have gone largely ignored. A variant of NTRU proposed by Stehle and Steinfeld was recently extended into a full fledged multi-key fully homomorphic encryption scheme by Lopez-Alt, Tromer andVaikuntanathan (LTV). This NTRU based FHE presents a viable alternative to the currently dominant BGV style FHE schemes. While the scheme appears to be more efficient, a full implementation and comparison to BGV style implementations has been missing in the literature. In this work, we develop a customized implementation of the LTV. First parameters are selected to yield an efficient and yet secure LTV instantiation. We present an analysis of the noise growth that allows us to formulate a modulus cutting strategy for arbitrary circuits. Furthermore, we introduce a specialization of the ring structure that allows us to drastically reduce the public key size making evaluation of deep circuits such as the AES block cipher viable on a standard computer with a reasonable amount of memory. Moreover, with the modulus specialization the need for key switching is eliminated. Finally, we present a generic bit-sliced implementation of the LTV scheme that embodies a number of optimizations. To assess the performance of the scheme we homomorphically evaluate the full 10 round AES circuit in 29 h with 2048 message slots resulting in 51 s per AES block evaluation time.
机译：自从十多年前推出以来，NTRU加密方案的同态属性已被大大忽略。由Stehle和Steinfeld提出的NTRU的一种变体最近被Lopez-Alt，Tromer和Vaikuntanathan（LTV）扩展为成熟的多密钥完全同态加密方案。这种基于NTRU的FHE提供了一种可行的替代方法，可以替代当前占主导地位的BGV风格的FHE方案。尽管该方案似乎更有效，但文献中缺少完整的实现和与BGV样式实现的比较。在这项工作中，我们开发了LTV的定制实现。选择第一参数以产生有效且安全的LTV实例化。我们对噪声的增长进行了分析，使我们能够制定任意电路的模量削减策略。此外，我们引入了一种特殊的环形结构，使我们能够大大减少公钥的大小，从而使深层电路（如AES块密码）的评估在具有合理内存量的标准计算机上可行。此外，借助模数专用化，无需按键切换。最后，我们提出了LTV方案的通用位分割实现，其中包含了许多优化。为了评估该方案的性能，我们以2048个消息时隙在29小时内对10个AES电路进行了同态评估，每个AES块评估时间为51 s。

著录项

  • 来源
    《Designs, Codes and Crytography》 |2016年第2期|333-358|共26页
  • 作者

    Doroz Yarkin; Hu Yin; Sunar Berk;

  • 作者单位

    Worcester Polytech Inst, 100 Inst Rd, Worcester, MA 01609 USA;

    Worcester Polytech Inst, 100 Inst Rd, Worcester, MA 01609 USA;

    Worcester Polytech Inst, 100 Inst Rd, Worcester, MA 01609 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    Fully homomorphic encryption; NTRU; AES; Ring-LWE;

    机译：全同态加密;NTRU;AES;Ring-LWE;

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