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Hardware-Accelerated Secured Naïve Bayesian Filter Based on Partially Homomorphic Encryption

计算机科学 加密 还原(数学) 软件 方案(数学) 乘法(音乐) 构造(python库) 同态加密 同态 算法 理论计算机科学 计算机硬件 计算机工程 操作系统 计算机网络 数学 组合数学 离散数学 数学分析 几何学
作者
Song Bian,Masayuki Hiromoto,Takashi Satō
出处
期刊:IEICE Transactions on Fundamentals of Electronics, Communications and Computer Sciences [Institute of Electronics, Information and Communication Engineers]
卷期号:E102.A (2): 430-439
标识
DOI:10.1587/transfun.e102.a.430
摘要

In this work, we provide the first practical secure email filtering scheme based on homomorphic encryption. Specifically, we construct a secure naïve Bayesian filter (SNBF) using the Paillier scheme, a partially homomorphic encryption (PHE) scheme. We first show that SNBF can be implemented with only the additive homomorphism, thus eliminating the need to employ expensive fully homomorphic schemes. In addition, the design space for specialized hardware architecture realizing SNBF is explored. We utilize a recursive Karatsuba Montgomery structure to accelerate the homomorphic operations, where multiplication of 2048-bit integers are carried out. Through the experiment, both software and hardware versions of the SNBF are implemented. On software, 104-105x runtime and 103x storage reduction are achieved by SNBF, when compared to existing fully homomorphic approaches. By instantiating the designed hardware for SNBF, a further 33x runtime and 1919x power reduction are achieved. The proposed hardware implementation classifies an average-length email in under 0.5s, which is much more practical than existing solutions.
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