KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.5
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pp.2629-2650
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2019
It is important to construct fully homomorphic encryption with ciphertext matrix that makes fully homomorphic encryption become very nature and simple. We present a general design method of constructing fully homomorphic encryption whose ciphertext is matrix. By using this design method, we can deduce a fully homomorphic encryption scheme step by step based on a basic encryption scheme. The process of deduction is similar to solving equation and the final output result is a fully homomorphic encryption scheme with ciphertext matrix. The idea of constructing ciphertext matrix is ciphertexts stack, which don't simply stack ciphertexts together but is to obtain the desired homomorphic property. We use decryption structure as tool to analyze homomorphic property and noise growth during homomorphic evaluation. By using this design method, we obtain three corresponding fully homomorphic encryption schemes. Our obtained fully homomorphic encryption schemes are more efficient. Finally, we introduce the adversary advantage and improve the previous method of estimating concert parameters of fully homomorphic encryption. We give the concert parameters of these schemes.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.24
no.5
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pp.941-949
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2014
Demands for cloud computing service rapidly increased along with the expansion of supplying smart devices. Interest in cloud system has led to the question whether it is really safe. Due to the nature of cloud system, cloud service provider can get a user's private information and disclose it. There is a large range of opinion on this issue and recently many researchers are looking into fully homomorphic encryption as a solution for this problem. Fully homomorphic encryption can permit arbitrary computation on encrypted data. Many security threats will disappear by using fully homomorphic encryption, because fully homomorphic encryption keeps the confidentiality. In this paper, we research possible security threats in cloud computing service and study on the application method of fully homomorphic encryption for cloud computing system.
Fully homomorphic encryption is a cryptography system in which coded data can be searched and statistically processed without decryption. Fully homomorphic encryption has accelerated searching speed by minimizing time spent on encryption and decryption. In addition, it is also known to prevent leakage of any data decoded for statistical reasons. Also, it is expected to protect personal information stored in the cloud computing environment which is becoming commercialized. Since the 1970s when fully homomorphic encryption was first introduced, it has been researched to develop the algorithm that satisfy effectiveness and functionality. We will take the reader through a journey of these developments and provide a glimpse of the exciting research directions that lie ahead.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.33
no.6
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pp.861-868
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2023
One of the key technologies in providing data analysis in the deep learning while maintaining security is fully homomorphic encryption. Due to constraints in operations on fully homomorphically encrypted data, non-arithmetic functions used in deep learning must be approximated by polynomials. Until now, the degrees of approximation polynomials with composite minimax polynomials have been uniformly set across layers, which poses challenges for effective network designs on fully homomorphic encryption. This study theoretically proves that setting different degrees of approximation polynomials constructed by composite minimax polynomial in each layer does not pose any issues in the inference on convolutional neural networks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.11
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pp.5616-5630
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2019
Fully homomorphic encryption allows a third-party to perform arbitrary computation over encrypted data and is especially suitable for secure outsourced computation. This paper investigates secure outsourced computation of multiple matrix multiplication based on fully homomorphic encryption. Our work significantly improves the latest Mishra et al.'s work. We improve Mishra et al.'s matrix encoding method by introducing a column-order matrix encoding method which requires smaller parameter. This enables us to develop a binary multiplication method for multiple matrix multiplication, which multiplies pairwise two adjacent matrices in the tree structure instead of Mishra et al.'s sequential matrix multiplication from left to right. The binary multiplication method results in a logarithmic-depth circuit, thus is much more efficient than the sequential matrix multiplication method with linear-depth circuit. Experimental results show that for the product of ten 32×32 (64×64) square matrices our method takes only several thousand seconds while Mishra et al.'s method will take about tens of thousands of years which is astonishingly impractical. In addition, we further generalize our result from square matrix to non-square matrix. Experimental results show that the binary multiplication method and the classical dynamic programming method have a similar performance for ten non-square matrices multiplication.
With the application and promotion of biometric technology, biometrics has become more and more important to identity authentication. In order to ensure the privacy of the user, the biometrics cannot be stored or manipulated in plaintext. Aiming at this problem, this paper analyzes and summarizes the scheme and performance of the existing biometric authentication system, and proposes an iris-based ciphertext authentication system based on fully homomorphic encryption using the FV scheme. The implementation of the system is partly powered by Microsoft's SEAL (Simple Encrypted Arithmetic Library). The entire system can complete iris authentication without decrypting the iris feature template, and the database stores the homomorphic ciphertext of the iris feature template. Thus, there is no need to worry about the leakage of the iris feature template. At the same time, the system does not require a trusted center for authentication, and the authentication is completed on the server side directly using the one-time MAC authentication method. Tests have shown that when the system adopts an iris algorithm with a low depth of calculation circuit such as the Hamming distance comparison algorithm, it has good performance, which basically meets the requirements of real application scenarios.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.1
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pp.497-522
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2018
Fully homomorphic encryption(FHE) scheme may be the best method to solve the privacy leakage problem in the untrusted servers because of its ciphertext calculability. However, the existing FHE schemes are still not being put into the practical applications due to their low efficiency. Therefore, it is imperative to find a more efficient FHE scheme or to optimize the existing FHE schemes so that they can be put into the practical applications. In this paper, we optimize GSW scheme by using the parallel computing, and finally we get a high-performance FHE scheme, namely PGSW scheme. Experimental results show that the time overhead of the homomorphic operations in new FHE scheme will be reduced manyfold with the increasing of processing units number. Therefore, our scheme can greatly reduce the running time of homomorphic operations and improve the performance of FHE scheme through sacrificing hardware resources. It can be seen that our FHE scheme can catalyze the development of FHE.
We give secure parameter suggestions to use sparse secret vectors in LWE based encryption schemes. This should replace existing security parameters, because homomorphic encryption (HE) schemes use quite different variables from the existing parameters. In particular, HE schemes using sparse secrets should be supported by experimental analysis, here we summarize existing attacks to be considered and security levels for each attacks. Based on the analysis and experiments, we compute optimal scaling factors for CKKS.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.38C
no.5
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pp.428-433
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2013
We present a fully homomorphic encryption (FHE) scheme without key switching based on ring- learning with errors (RLWE) problems and some other assumption. Previous FHE schemes based on LWE needed a step called key switching to reduce the dimension of ciphertext. The key switching step actually needs a heavy computation and severe increasement of keys. So the key switching step is a big burden for implementing FHE Schemes. We suggest a FHE scheme without key switching step by reducing the dimension of ciphertexts in other way. Instead of throwing away key switching, we need another hardness assumption of the difficulty of solving quadratic equation over rings.
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.33
no.3
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pp.375-381
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2023
Fully homomorphic encryption enables algebraic operations on encrypted data, and recently, methods for approximating non-algebraic operations such as the maximum function have been studied. However, precise approximation of max-pooling operations for four or more numbers have not been researched yet. In this study, we propose a precise max-pooling approximation method using the composition of approximate polynomials of the maximum function and theoretically analyze its precision. Experimental results show that the proposed approximate max-pooling has a small amortized runtime of less than 1ms and high precision that matches the theoretical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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