Secure computation is of critical importance to not only the DoD, but across financial institutions, healthcare, and anywhere personally identifiable information (PII) is accessed. Traditional security techniques require data to be decrypted before performing any computation. When processed on untrusted systems the decrypted data is vulnerable to attacks to extract the sensitive information. To address these vulnerabilities Fully Homomorphic Encryption (FHE) keeps the data encrypted during computation and secures the results, even in these untrusted environments. However, FHE requires a significant amount of computation to perform equivalent unencrypted operations. To be useful, FHE must significantly close the computation gap (within 10x) to make encrypted processing practical. To accomplish this ambitious goal the TREBUCHET project is leading research and development in FHE processing hardware to accelerate deep computations on encrypted data, as part of the DARPA MTO Data Privacy for Virtual Environments (DPRIVE) program. We accelerate the major secure standardized FHE schemes (BGV, BFV, CKKS, FHEW, etc.) at >=128-bit security while integrating with the open-source PALISADE and OpenFHE libraries currently used in the DoD and in industry. We utilize a novel tile-based chip design with highly parallel ALUs optimized for vectorized 128b modulo arithmetic. The TREBUCHET coprocessor design provides a highly modular, flexible, and extensible FHE accelerator for easy reconfiguration, deployment, integration and application on other hardware form factors, such as System-on-Chip or alternate chip areas.


翻译:安全计算对于不仅仅是国防部门,对于金融机构、医疗保健和任何个人识别信息 (PII) 可以被访问的地方都非常重要。传统的安全技术要求在进行任何计算之前将数据解密。在不受信任的系统上处理时,解密的数据容易受到攻击并提取敏感信息。为了解决这些漏洞,全同态加密 (FHE) 让数据在计算期间保持加密状态,并保护结果,即使在这些不受信任的环境中也是安全的。但是,FHE 需要大量计算才能执行同等的未加密操作。为了使加密处理实用,FHE 必须显著地缩小计算差距 (在 10x 以内)。为了实现这一雄心壮志,TREBUCHET 项目正在领导 FHE 处理硬件的研究和开发,以加速加密数据上的深度计算,作为 DARPA MTO 虚拟环境数据隐私 (DPRIVE) 计划的一部分。 我们加速了主要的安全标准化 FHE 方案 (BGV、BFV、CKKS、FHEW 等) ,保证其 >=128 位的安全性,同时与目前在国防部门和工业界使用的开源 PALISADE 和 OpenFHE 库集成。我们利用一种新颖的基于瓷砖的芯片设计,具有高度并行的 ALUs,优化了向量化的 128 位模算术。TREBUCHET 协处理器设计提供了一个高度模块化、灵活和可扩展的 FHE 加速器,易于重新配置、部署、集成和应用于其他硬件形态,如片上系统或其他芯片区域。

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