Accelerating Polynomial Multiplication for Homomorphic Encryption on GPUs
Notice bibliographique
Résumé
Homomorphic Encryption (HE) enables users to securely outsource both the storage and computation of sensitive data to untrusted servers. Not only does HE offer an attractive solution for security in cloud systems, but lattice-based HE systems are also believed to be resistant to attacks by quantum computers. However, current HE implementations suffer from prohibitively high latency. For lattice-based HE to become viable for real-world systems, it is necessary for the key bottlenecks—particularly polynomial multiplication—to be highly efficient. In this paper, we present a characterization of GPU-based implementations of polynomial multiplication. We begin with a survey of modular reduction techniques and analyze several variants of the widely-used Barrett modular reduction algorithm. We then propose a modular reduction variant optimized for 64-bit integer words on the GPU, obtaining a 1.8$\times $speedup over the existing comparable implementations. Next, we explore the following GPU-specific improvements for polynomial multiplication targeted at optimizing latency and throughput: 1) We present a 2D mixed-radix, multi-block implementation of NTT that results in a 1.85$\times $average speedup over the previous state-of-the-art. 2) We explore shared memory optimizations aimed at reducing redundant memory accesses, further improving speedups by 1.2$\times$. 3) Finally, we fuse the Hadamard product with neighboring stages of the NTT, reducing the twiddle factor memory footprint by 50%. By combining our NTT optimizations, we achieve an overall speedup of 123.13$\times $and 2.37$\times $over the previous state-of-the-art CPU and GPU implementations of NTT kernels, respectively.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,005 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».