[發明專利]一種基于全連接層全同態加密運算的加速器安全分類方法

有效

• 申請號: 202110997014.5
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113704833B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 楊晨;侯佳;蘇陽;楊澤鵬
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F21/72
• 分類號: G06F21/72;G06F21/60;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種基于全連接層全同態加密運算的加速器安全分類方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選擇神經網絡全連接最后一層未加密的權值數據矩陣W，將每列數據映射為單個多項式，得到m個明文多項式，即p₁，p₂，…，p_m；

2)采用基于RLWE的全同態加密實現方案YASHE對映射后的明文多項式進行離線加密，轉換為m個密文多項式，即{c_p₁，c_p₂，…，c_p_m}，將全連接最后一層權值數據以密文形式存儲在神經網絡加速器內部；

3)采用明文標量-密文多項式的計算方式，在神經網絡加速器片內對上層神經元輸出的明文特征值和存儲的密文權值多項式進行相乘，輸出m個密文多項式結果，即{m_c_p₁，m_c_p₂，…，m_c_p_m}；

4)在神經網絡加速器片內將m個密文多項式結果累加，輸出分類結果多項式out_c_p；

5)基于RLWE的全同態加密實現方案YASHE的參數確定。

2.根據權利要求1所述的一種基于全連接層全同態加密運算的加速器安全分類方法，其特征在于，步驟1)的具體實現方法如下：

101)選擇神經網絡全連接最后一層應用全同態加密算法在密文域運算；

102)使用不可約多項式f(x)＝xⁿ+1且次數n＝2^k，k為整數，定義一個多項式環則環R_t中的元素表示次數最大為n-1且其系數在{0，1，…，t-1}中；

103)將全連接最后一層未加密的權值數據矩陣W編碼映射到多項式環R_t，表達為下式：

式中，為全連接最后一層權值數據矩陣W，{p₁，p₂，…，p_m}為權值數據映射到環R_t空間的明文多項式。

3.根據權利要求2所述的一種基于全連接層全同態加密運算的加速器安全分類方法，其特征在于，步驟2)的具體實現方法如下：

201)定義密文多項式環R_q，隨機選擇環R_q中的元素f′生成私鑰，私鑰需滿足存在逆元，表達為下式：

f＝[tf′+1]_q (2)

式中，f為私鑰，t為明文模數，f′為環R_q中的隨機元素，[]_q為多項式系數模q運算；

202)使用私鑰f生成公鑰h，表達為下式：

h＝[tgf^-1]_q (3)

式中，h為公鑰，t為明文模數，g為屬于環R_q的多項式，f^-1為私鑰f的逆元，[]_q為多項式系數模q運算；

203)采用基于RLWE的全同態加密實現方案YASHE，其加密運算表達為下式：

式中，c為密文多項式，q為密文模數，t為明文模數，為向下取整，m為明文多項式，e為屬于環R_q的噪聲多項式，h為公鑰，s為屬于環R_q的噪聲多項式，[]_t為多項式系數模t運算，[]_q為多項式系數模q運算；

204)使用全同態加密實現方案YASHE的加密運算式，對權值明文多項式進行加密{p₁，p₂，…，p_m}，轉換為密文多項式{c_p₁，c_p₂，…，c_p_m}，并將密文形式的權值數據存儲在神經網絡加速器內部。