[發明專利]一種用于同態加密技術的大整數乘法器硬件電路有效

申請號：	202011502986.4	申請日：	2020-12-18
公開（公告）號：	CN112464296B	公開（公告）日：	2022-09-23
發明（設計）人：	杜高明;曹紅芳;任宇翔;王曉蕾;李楨旻;張多利;宋宇鯤	申請（專利權）人：	合肥工業大學
主分類號：	G06F21/72	分類號：	G06F21/72;G06F21/76
代理公司：	安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101	代理人：	陸麗莉;何梅生
地址：	230009 安***	國省代碼：	安徽;34
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種用于同態加密技術整數乘法器硬件電路
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【權利要求書】：

1.一種用于同態加密技術的大整數乘法器硬件電路，其特征包括：數據存儲模塊、64K-NTT模塊、讀地址生成模塊、寫地址生成模塊、旋轉因子數據生成模塊和全局控制模塊；

所述數據存儲模塊接收外部輸入的兩個位寬為W位的多項式數據X₁和X₂，且所述多項式數據X₁和X₂為兩個大整數，按照基數H將所述多項式數據X₁分割成z項位寬為w的原始數據Q₁和z項位寬為w的填充零數據q₁，將所述原始數據Q₁存儲在第一存儲塊的隨機存儲器RAM_0中，將所述填充零數據q₁存儲在第一存儲塊的隨機存儲器RAM_1中；

按照基數B將多項式數據X₂分割成z項位寬為w的原始數據Q₂和z項位寬為w的填充零數據q₂，將所述原始數據Q₂存儲在第二存儲塊的隨機存儲器RAM_0中，將所述填充零數據q₂存儲在第二存儲塊的隨機存儲器RAM_1中；且z＝N/2；N為所述多項式數據X₁和X₂的項數；

所述全局控制模塊發出使能信號；

所述讀地址生成模塊根據所述使能信號，生成讀存儲塊地址和標簽，從而根據所述讀存儲塊地址和標簽從所述數據存儲模塊中讀出多項式數據X₁或X₂并傳遞給64K-NTT模塊；

所述旋轉因子數據生成模塊根據所述使能信號生成正變換旋轉因子數據和反變換旋轉因子數據；

所述64K-NTT模塊根據所述正變換旋轉因子數據、反變換旋轉因子數據和所述多項式數據X₁和X₂，從所述多項式數據X₁和X₂中分別重復k次選取r個子項并與所述正變換旋轉因子數據一起依次進行正變換處理、取模、模乘、取模和轉置操作后依次得到k次結果所構成的數據集合Y^#和T^#，再將數據集合Y^#和T^#中的k次結果分別與所述反變換旋轉因子一起進行模乘和取模后再依次進行逆變換處理、取模、模乘、取模和轉置操作后相應輸出處理后的k次結果并構成數據集合R^#；

所述寫地址生成模塊根據所述使能信號，生成寫存儲塊地址和標簽，從而根據所述寫存儲塊地址和標簽從64K-NTT模塊中將成數據集合R^#寫入到數據存儲模塊中。

2.根據權利要求1所述的用于同態加密技術的大整數乘法器硬件電路，其特征是，所述64K-NTT模塊由16-NTT模塊、192位數據模減模塊、64位乘法器模塊、128位數據模減模塊以及數據轉置模塊組成；所述16-NTT模塊中包含4組16-NTT子模塊，每組16-NTT子模塊包含8個2-NTT模塊；所述64K-NTT模塊按如下過程進行數據處理：

步驟1、定義當前循環次數為j，并初始化j＝1；

步驟2、16-NTT模塊對所述多項式數據X₁進行正變換操作：

步驟2.1、定義變量i，并初始化i＝1；

步驟2.2、第i組16-NTT子模塊從所述多項式數據X₁中第j次選取r個子項并進行分組、索引、2-NTT并行計算和利用正旋轉因子數據移位操作，從而產生第i組r項位寬為3w的輸出數據Y_i；

步驟2.3、第i+1組16-NTT子模塊對輸出數據Y_i進行分組、索引、2-NTT并行計算和利用正旋轉因子數據移位操作，從而產生第i+1組r項位寬為3w的輸出數據Y_i+1；

步驟3、所述192位數據模減模塊對所述輸出數據Y_i進行模P處理，得到r項w位輸出數據Y_i′；

步驟4、所述64位乘法器模塊對所述輸出數據Y_i′、所述多項式數據X₁中第j次選取的r個子項、所述正變換旋轉因子數據進行模乘得到r項位寬為2w位的輸出數據Y_i″；

步驟5、所述128位數據模減模塊對所述輸出數據Y_i″進行模P處理，得到r項位寬為w位的輸出數據Y_i″′；

步驟6、所述數據轉置模塊對輸出數據Y_i″進行轉置處理輸出數據Y_i^*；

步驟7、將i+1賦值給i后，判斷i4是否成立，若成立，則執行步驟8；否則，返回步驟2.3；

步驟8、將j+1賦值給j后，判斷jk是否成立，若成立，則將k次的輸出數據構成數據集合Y^#中；否則，返回步驟2.1；

步驟9、按照步驟2-步驟8的處理過程，對所述多項式數據X₂進行相同的處理，從而得到數據集合T^#；