Today edge devices commonly connect to the cloud to use its storage and compute capabilities. This leads to security and privacy concerns about user data. Homomorphic Encryption (HE) is a promising solution to address the data privacy problem as it allows arbitrarily complex computations on encrypted data without ever needing to decrypt it. While there has been a lot of work on accelerating HE computations in the cloud, little attention has been paid to the message-to-ciphertext and ciphertext-to-message conversion operations on the edge. In this work, we profile the edge-side conversion operations, and our analysis shows that during conversion error sampling, encryption, and decryption operations are the bottlenecks. To overcome these bottlenecks, we present RISE, an area and energy-efficient RISC-V SoC. RISE leverages an efficient and lightweight pseudo-random number generator core and combines it with fast sampling techniques to accelerate the error sampling operations. To accelerate the encryption and decryption operations, RISE uses scalable, data-level parallelism to implement the number theoretic transform operation, the main bottleneck within the encryption and decryption operations. In addition, RISE saves area by implementing a unified en/decryption datapath, and efficiently exploits techniques like memory reuse and data reordering to utilize a minimal amount of on-chip memory. We evaluate RISE using a complete RTL design containing a RISC-V processor interfaced with our accelerator. Our analysis reveals that for message-to-ciphertext conversion and ciphertext-to-message conversion, using RISE leads up to 6191.19X and 2481.44X more energy-efficient solution, respectively, than when using just the RISC-V processor.


翻译:今天的边缘装置通常连接到云层以使用其存储和计算能力。 这导致对用户数据的安全和隐私关切。 单向加密( HHE) 是解决数据隐私问题的有希望的解决方案, 因为它允许在加密数据上任意复杂计算而无需解密。 虽然在加速云层中高超计算方面做了大量工作, 但是对信息到密码和密码到消息转换操作的注意很少。 在这项工作中, 我们描述边端转换操作和对用户数据的担忧。 我们分析显示, 在转换错误取样、 加密和解密接口操作期间, 解决数据隐私问题的解决方案是一个很有希望的解决方案。 为了克服这些瓶颈, 我们展示了RISE, 一个节能和节能的RIC- VC. SoC.。 RISE 利用一个高效和轻巧的伪随机数生成器核心, 并将它与快速取样技术结合起来, 加速加密和解密操作。 为了加快加密和解析操作, RISE, 我们使用可缩、数据级转换操作过程, 使用内部的存储和数据数量。

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