Collaborative Research: SHF: Small: Efficient and Scalable Privacy-Preserving Neural Network Inference based on Ciphertext-Ciphertext Fully Homomorphic Encryption

合作研究:SHF:小型:基于密文-密文全同态加密的高效、可扩展的隐私保护神经网络推理

基本信息

  • 批准号:
    2412357
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-01-01 至 2026-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Along with the evolution of artificial intelligence, privacy-preserving machine learning has emerged as an important and promising technique for protecting user-data privacy in cloud applications. Among the existing approaches, fully homomorphic encryption (FHE) based methods allow machine learning algorithms to be computed on encrypted data, while no original data information is leaked. This project addresses ciphertext-ciphertext FHE that preserves the privacy of both the user and model providers. This project aims to improve the hardware efficiency of ciphertext-ciphertext FHE-based neural network inference by orders of magnitude through algorithm-hardware co-optimization. This project yields a novel framework for ensuring the root of trust in cloud computing and cryptosystems to meet the future needs of both commercial products and national defense.This project develops efficient and scalable hardware architectures for privacy-preserving neural network inference based on ciphertext-ciphertext FHE. This project leverages scheme switching - using arithmetic-based schemes for linear functions and Boolean logic-based schemes for non-linear functions - to accelerate the neural network computations. Research thrusts include: a) Designing efficient fundamental hardware building blocks with high scalability over word-length of modulus and degree of polynomial for privacy-preserving neural network, i.e., polynomial multipliers, by employing novel reconfigurable and pipelining framework and exploiting special primes to perform fast modular reduction; b) Further improving the efficiency of polynomial multiplier designs by utilizing a divide and conquer strategy based on a novel parallel filter technique; c) Developing a reconfigurable and neural network friendly FHE architecture using scheme switching; and d) Designing an efficient accelerator of privacy-preserving neural network inference with ciphertext-ciphertext operations via scheme switching that protects the privacy of both the user and model.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
随着人工智能的演变,保护隐私的机器学习已成为保护云应用程序中用户数据隐私的重要而有希望的技术。在现有方法中,基于同构的加密(FHE)方法允许在加密数据上计算机器学习算法,而没有原始数据信息泄漏。该项目介绍了保留用户和模型提供商的隐私性的Ciphertext-ciphertext。该项目旨在通过通过算法 - 硬件合作限制来提高基于数量级的基于密码 - ciphertext基于神经网络的硬件的硬件效率。该项目产生了一个新颖的框架,以确保对云计算和加密系统的信任根源满足商业产品和国防的未来需求。该项目开发了基于Ciphertext-ciphertext-ciphertext FHE的有效且可扩展的硬件体系结构,以实现隐私保护神经网络推断。该项目利用方案切换 - 使用基于算术的方案进行线性函数和基于布尔逻辑的方案进行非线性函数 - 以加速神经网络计算。研究推力包括:a)设计有效的基本硬件构建块,具有高度可扩展性超过单词长度的模量和多项式的程度,以保存隐私的神经网络,即多项式乘数,通过采用新颖的重新配置和管道上的框架,并利用特殊的框架,并利用特殊的素材来进行快速的模块化降低; b)通过利用基于新型并行滤波器技术的鸿沟和征服策略来进一步提高多项式乘数设计的效率; c)使用方案切换开发可重构和神经网络友好的架构; D)通过方案切换设计有效的保护神经网络推断的有效加速神经网络推断,以保护用户和模型的隐私性。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的智力功能和广泛影响的评估来评估CRETERIA的智力。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
PaReNTT: Low-Latency Parallel Residue Number System and NTT-Based Long Polynomial Modular Multiplication for Homomorphic Encryption
KyberMat: Efficient Accelerator for Matrix-Vector Polynomial Multiplication in CRYSTALS-Kyber Scheme via NTT and Polyphase Decomposition
KyberMat:通过 NTT 和多相分解实现 CRYSTALS-Kyber 方案中矩阵向量多项式乘法的高效加速器
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Yingjie Lao其他文献

On the Construction of Composite Finite Fields for Hardware Obfuscation
硬件混淆的复合有限域构造
  • DOI:
    10.1109/tc.2019.2901483
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Xinmiao Zhang;Yingjie Lao
  • 通讯作者:
    Yingjie Lao
Integral Sampler and Polynomial Multiplication Architecture for Lattice-based Cryptography
用于基于格的密码学的积分采样器和多项式乘法架构
An In-Place FFT Architecture for Real-Valued Signals
适用于实值信号的就地 FFT 架构
Pipelined High-Throughput NTT Architecture for Lattice-Based Cryptography
用于基于格的密码学的流水线高吞吐量 NTT 架构
Sailfish: A Dependency-Aware and Resource Efficient Scheduling for Low Latency in Clouds
Sailfish:云中低延迟的依赖感知和资源高效调度

Yingjie Lao的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Yingjie Lao', 18)}}的其他基金

CAREER: Protecting Deep Learning Systems against Hardware-Oriented Vulnerabilities
职业:保护深度学习系统免受面向硬件的漏洞的影响
  • 批准号:
    2426299
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: SaTC: CORE: Small: Towards Secure and Trustworthy Tree Models
协作研究:SaTC:核心:小型:迈向安全可信的树模型
  • 批准号:
    2413046
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SaTC: CORE: Small: Towards Secure and Trustworthy Tree Models
协作研究:SaTC:核心:小型:迈向安全可信的树模型
  • 批准号:
    2247620
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: Efficient and Scalable Privacy-Preserving Neural Network Inference based on Ciphertext-Ciphertext Fully Homomorphic Encryption
合作研究:SHF:小型:基于密文-密文全同态加密的高效、可扩展的隐私保护神经网络推理
  • 批准号:
    2243052
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Protecting Deep Learning Systems against Hardware-Oriented Vulnerabilities
职业:保护深度学习系统免受面向硬件的漏洞的影响
  • 批准号:
    2047384
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

支持二维毫米波波束扫描的微波/毫米波高集成度天线研究
  • 批准号:
    62371263
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
腙的Heck/脱氮气重排串联反应研究
  • 批准号:
    22301211
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
水系锌离子电池协同性能调控及枝晶抑制机理研究
  • 批准号:
    52364038
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    33 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
基于人类血清素神经元报告系统研究TSPYL1突变对婴儿猝死综合征的致病作用及机制
  • 批准号:
    82371176
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
FOXO3 m6A甲基化修饰诱导滋养细胞衰老效应在补肾法治疗自然流产中的机制研究
  • 批准号:
    82305286
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Collaborative Research: SHF: Small: LEGAS: Learning Evolving Graphs At Scale
协作研究:SHF:小型:LEGAS:大规模学习演化图
  • 批准号:
    2331302
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Small: LEGAS: Learning Evolving Graphs At Scale
协作研究:SHF:小型:LEGAS:大规模学习演化图
  • 批准号:
    2331301
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Medium: Differentiable Hardware Synthesis
合作研究:SHF:媒介:可微分硬件合成
  • 批准号:
    2403134
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Medium: Enabling Graphics Processing Unit Performance Simulation for Large-Scale Workloads with Lightweight Simulation Methods
合作研究:SHF:中:通过轻量级仿真方法实现大规模工作负载的图形处理单元性能仿真
  • 批准号:
    2402804
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: SHF: Medium: Tiny Chiplets for Big AI: A Reconfigurable-On-Package System
合作研究:SHF:中:用于大人工智能的微型芯片:可重新配置的封装系统
  • 批准号:
    2403408
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 27.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了