面向RNS-CKKS方案的同态计算硬件加速器

来源：计算机应用研究杂志2026年第1期北京时间：

作者：陈星辰,郭家怡,陈弟虎,粟涛,

单位：1.中山大学电子与信息工程学院,广州510006；2.中山大学集成电路学院,广东深圳518107；

摘要：针对全同态加密应用中数据存储和传输开销大、计算效率低的问题，以主流的RNS-CKKS方案为研究对象，提出了一种同态计算硬件加速器。该加速器为自同构算子设计了分治式置换网络，实现了高效无冲突的数据调度与路由。同时通过实施片内外协同存储策略和对计算流进行重构，有效降低了硬件部署密钥切换操作的片上缓存需求并隐藏片外延迟。为进一步提升计算与资源效率，构建了统一的计算阵列并优化了片上缓存结构。在FPGA上的实验结果表明，该设计相比于OpenFHE软件函数库，实现了8.68～56.2倍的加速；相较于同类硬件加速方案，在密文-密文同态乘法上实现了1.18～1.53倍的加速以及1.10～4.98倍的面积效率提升，同时在可配置性方面具备一定优势。该工作有助于同态加密方案的硬件高效部署。

关键词：全同态加密,RNS-CKKS算法,硬件加速器,可配置架构,现场可编程门阵列,

基金资助：广东省科技厅科技计划项目(2022B0701180001)；；