计算机研究与发展

作者：石泓博,范志华,李文明,张志远,穆宇栋,叶笑春,安学军,

关键词：数据流, 全同态加密, NTT算法, 蝶式计算, RISC-V指令集,

全同态加密（fullyhomomorphicencryption，FHE）因其在计算全过程中保持数据加密的能力，为云计算等分布式环境中的隐私保护提供了重要支撑，具有广泛的应用前景.然而，FHE在计算过程中普遍存在运算复杂度高、数据局部性差以及并行度受限等问题，导致其在实际应用中的性能严重受限.其中，快速数论变换（numbertheoretictransform，NTT）作为FHE中关键的基础算子，其性能对整个系统的效率具有决定性影响.针对NTT中的核心计算模式——蝶式（butterfly）计算，提出一种基于数据流计算模型的NTT加速架构.首先，设计面向NTT蝶式计算的RVFHE扩展指令集，定制高效的模乘与模加/模减运算单元，以提升模运算处理效率.其次，提出一种NTT数据重排方法，并结合结构化的蝶式地址生成策略，以降低跨行列数据交换的控制复杂度与访问冲突.最后，设计融合数据流驱动机制的NTT加速架构，通过数据依赖触发方式实现高效的片上调度与数据复用，从而充分挖掘操作级并行性.实验结果表明，与NVIDIAGPU相比，提出的架构获得了8.96倍的性能提升和8.53倍的能效提升；与现有的NTT加速器相比，所提架构获得了1.37倍的性能提升.

来源：2025年第6期

《计算机研究与发展》期刊编辑部

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