Homomorphic Encryption Project Diary

SecLab에서 진행하는 HE 과제 기록장

매주 목요일 자체 스터디 계획

1. 07/13 - Starting with lattigo. Basic understanding of the lattigo package and a simple example tutorial
   Lattigo 공식문서
2. 07/20 - Implementation of statistical operations (addition and substitution) using lattigo
3. 07/27 - Implementation of statistical operations (multiplication and average) using lattigo
4. 08/03 - Implementation of statistical operations (rotation and deviation) using lattigo
5. 08/10, 08/17 - Implementation of column operations using lattigo
6. 08/24, 08/31 - Implementation of Logistic regression using lattigo
7. 09/07 - Implementation of Linear regression using lattigo
8. 09/14, 09/21 - Implementation of K-means clustering using lattigo
9. 09/28 - Implementation of SVM using lattigo

07/03

Homomorphic Encryption 개념 공부

$E(m_1) + E(m_2) = E(m_1 + m_2)$
$E(m_1) \times E(m_2) = E(m_1 \times m_2)$
여기서 AND, XOR, 상수곱 등의 모든 논리 연산을 보존하는 것을 완전동형암호 (Fully Homomorphic Encryption, FHE)라 한다.

• 대칭키 암호화 방식 ⇒ 암호화, 복호화 키가 동일
  • 속도가 빠르다.
  • 키를 공유해야 함, 사람이 많을수록 키관리가 힘들다.
• 공개키 암호화 방식 ⇒ 암호화, 복호화 키가 서로 다름
  • 키분배가 필요없다, 기밀성 / 인증 / 부인방지 기능 등을 제공한다.
  • 대칭키 암호화 방식에 비해 속도가 느리다.
• 자세한 정보 링크

RSA 암호

Privacy Homomorphism [RAD78] (1978)

최초 제안 암호기법이다.

07/04

• 네이버 과제 단톡방 개설
• server ID 전달 및 PW 변경
• server에 GO 환경 구축

07/05

• Go 언어 기초 공부 링크

07/06

cyclotomic field (원분체) 공부

quotient field ($Q$)에서 $1$의 거듭제곱근을 첨가하여 얻은 field이다.

Bootstrapping 공부

암호문을 재암호화하여 평문을 다시 암호화함으로써 보안한 상태에서 계산을 계속할 수 있는 방법이다.

• homomorphic encryption은 계산의 depth가 증가할수록 오차가 증가하고, 결국 평문을 완전히 복원하지 못할 수도 있다. bootstrapping은 이러한 문제를 해결하기 위해 만들어졌다.
• 암호화된 데이터 -> 암호화 및 복호화 -> 암호문 재암호화
• 암호문의 오차 감소, 연산 cost 증가, 추가적인 암호화 & 복호화 작업 필요

07/10

• 연구원 님 포함된 단톡방 개설
• 노션 페이지 개설 및 공유

07/12

• 연구원님과 킥오프 미팅
  • 8월 말까지 SCI급 논문 Accept 목표
    • 기존에 작성된 논문을 바탕으로 작성할 예정 : UniHENN Paper
    • Test 추가 필요 (15p - 1000개의 data)
    • 알고리즘 최적화 필요
    • Experiments의 Table1에서 Flatten 제거
    • TenSEAL보다 더 빠르다는 점에서 novelty 강조
    • Dataset의 크기가 좀 작은 MNIST 등에서만 돌아가는 것을 확인했는데, CIFAR-10과 같은 크기가 큰 dataset에서도 돌아가는지 확인하면 좋을 것 같다. 이는 시간이 부족할 수 있기에 일단 제출 후 피드백이 오기 전까지 하는 방법도 가능
    • 12p에서 Conv2d의 # of Mult.가 1개로 줄어든다면 매우 좋음! (Multiplication의 cost가 매우 높기 때문)

cyclotomic polynomial에 대한 추가 공부

07/13

• 동형암호 스터디 진행
• 강의실 예약 완료
  • 매주 목요일 10:30 ~ 12:00 자체 스터디
  • 매주 목요일 14:00 ~ 19:00 연구원님 세미나 및 회의 진행
• SEAL-Python run을 위한 환경 구축 (승호님의 도움을 받아 겨우..ㅎ)

ReLU 함수 고안

$ ReLU(x) = max(0, x) = \frac{x + |x|}{2} $
여기서 $|x|$를 addition과 multiplication으로 나타낼 수만 있다면..?
그런데 이는 비선형 함수라서 애초에 두 operation으로 나타내기가 어려울 것 같다는 결론.

07/14

• GitHub repository 생성 및 공유
• 정보보호 서약 서명

EVA paper review

차후 해야할 일

• HELayer, TenSEAL, PyCrCNN 사용해보기
  • HELayers : 개발과제에서 벤치마킹 대상
  • TenSEAL, PyCrCNN : IEEE ACCESS에서 비교대상

07/17

• 필요한 대수2 내용 공부
  • Ideal
  • Extension field
  • Cyclotomic polynomial
• RNS 공부
  • 각 parameter들의 의미
  • RNS representation 및 장점
  • NTT(Number Theoretic Transform) 방법 및 예제

07/18

• bfv의 각 function 및 parameter에 대한 코드 분석 링크

07/24

• 기업체와 킥오프 미팅 (16:30)

최현민 연구원님의 세미나

Day 1

• 동형암호 스킴에 대한 전반적인 소개
• Lattigo를 기반으로 한 파라미터 설명
• Lattigo예제를 기반으로 한 알고리즘 설명

Day 2

• IEEE ACCESS 논문 기반 CNN 알고리즘 이론 설명
• CNN 알고리즘 코드 관련 설명
• 예제를 통한 이해

Day 3

• CNN 알고리즘 코드 이해 심화
• 기존 CNN 알고리즘에 대한 개선점 논의
• K-means clustering, Linear SVM 구현을 위한 노하우 공개