RNS-CKKS 알고리즘을 위한 경량화된 NTT 하드웨어 설계
A Lightweight Number Theoretic Transform Design for RNS-CKKS Algorithm
- 주제(키워드) 완전동형암호 , RNS-CKKS , 수론 변환 , 바렛 모듈러 곱셈 , 실시간 동적 트위들팩터 생성기
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이종민
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035157
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 RNS-CKKS 에 최적화된 경량 NTT 구조를 제안하여 연산 효율성을 개선하고 하드웨어 자원 소모를 줄이고자 한다. 첫째, RNS-CKKS 모듈리의 구조적 특성을 활용한 최적화된 모듈러 곱셈 알고리즘을 설계하여 연산 속도와 면적 효율을 향상시켰다. 둘째, Cooley-Tukey 와 Gentleman-Sande 버터플라이 연산을 단일 모듈 내에서 모두 수행할 수 있는 재구성 가능한 처리 요소(Processing Element, PE)를 도입하여 하드웨어 활용도를 극대화하였다. 셋째, 트위들 팩터(Twiddle Factor, TF)를 사전 저장하는 방식 대신, 동적으로 생성하는 실시간 트위들 팩터 생성기를 구현하여 메모리 사용량을 대폭 절감하였다. 넷째, 개량된 Stockham FFT 접근 방식을 적용하여 메모리 접근 패턴을 최적화하고 제어 로직의 복잡도를 낮췄다. 제안한 구조는 FPGA 상에 구현되어 기존 연구들과 비교 평가되었으며, 높은 처리량을 유지하면서도 BRAM, LUT, FF, DSP 등의 하드웨어 자원 소모를 크게 줄이는 성능을 보였다. 본 연구는 RNS- CKKS 기반 암호 연산 가속기에 적합한 고효율 NTT 아키텍처를 제시한다는 점에서 의의가 있다. 주제어 ― 완전동형암호, RNS-CKKS, 수론 변환(Number Theoretic Transform), 바렛(Barrett) 모듈러 곱셈, 실시간 동적 트위들팩터 생성기
more목차
Ⅰ 서론 1
Ⅱ 본론 5
1. 제안하는 RNS-CKKS NTT 하드웨어 5
1.1. 전체 도식 및 동작 5
1.2. 바렛(Barrett) 모듈러 곱셈기 7
1.3. 재구성 가능한 연산 모듈 12
1.4. 실시간 동적 트위들 팩터 생성기 설계 14
1.5. 고차원 NTT를 위한 메모리 엑세스 패턴 22
2. 결과 26
2.1. 구현 및 결과 비교 26
Ⅲ 결론 33
참고문헌 34
Abstract 39
