(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211017789.2 (22)申请日 2022.08.23 (71)申请人 西安电子科技大 学 地址 710071 陕西省西安市太白南路2号 (72)发明人 朱辉　李临风　郑艳冬　王枫为　 李晖　薛行策　黄煜坤　 (74)专利代理 机构 西安嘉思特知识产权代理事 务所(普通 合伙) 6123 0 专利代理师 王丹 (51)Int.Cl. H04L 9/00(2022.01) H04L 9/08(2006.01) (54)发明名称 一种基于GP U的Paillier同态加解密计算方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于GPU的Paillier同态 加解密计算方法， 应用于GPU设备端， 包括： 根据 CPU设备端发送的密码参数、 滑动 窗口参数和第 一部分预计算表， 通过多个GPU线程并行生成第 二部分预计算表， 并根据第二部分预计算表和第 一部分预计算表， 得到全局预计算表； 根据全局 预计算表、 待加密消息和同态加密参数， 通过多 个GPU线程并行生成第一密文消息， 并将第一密 文消息发送 至CPU设备端； 根据CP U设备端发送的 待解密消息和解密参数， 通过多个GPU线程并行 生成明文消息， 并将明文消息发送至CPU设备端； 根据CPU设备端发送的第二密文消息和第三密文 消息， 通过多个GP U线程并行进行同态加法运算， 生成第四密文消息， 将第四密文消息发送至CPU 设备端。 权利要求书4页 说明书12页 附图3页 CN 115459898 A 2022.12.09 CN 115459898 A 1.一种基于GPU的Paillier同态加解密计算方法， 其特征在于， 应用 于GPU设备端， 包 括： 根据CPU设备端发送的密码参数、 滑动窗口参数和第一部分预计算表， 通过所述GPU设 备端的多个第一GPU线程并行生成第二部分预计算表， 并根据所述第二部分预计算表和所 述第一部分预计算表， 得到全局预计算表； 根据所述全局预计算表、 所述CPU设备端发送的待加密消息和同态加密参数， 通过所述 GPU设备端的多个第二GPU线程并行生 成第一密 文消息， 并将所述第一密 文消息发送至所述 CPU设备端； 根据所述CPU设备端发送的待解密消息和解密参数， 通过所述GPU设备端的多个第三 GPU线程并行生成明文消息， 并将所述明文消息发送至所述CPU设备端； 根据所述CPU设备端发送的第二密文消息和第三密文消息， 通过所述GPU设备端的多个 第四GPU线程并行进 行同态加法运算， 生成第四密 文消息， 将所述第四密 文消息发送至所述 CPU设备端。 2.根据权利要求1所述的基于GPU的Paillier同态加解密计算方法， 其特征在于， 所述 根据所述全局预计算表、 所述CPU设备端发送的待加密消息和同态加密参数， 通过所述GPU 设备端的多个第二GPU 线程并行生成第一密文消息， 包括： 根据所述全局预计算表、 所述待加密消息或所述同态加密参数， 确定出并行的多个第 一加密计算任务； 将所述多个第一加密计算任务分配至所述多个第二GPU 线程； 通过每个第二GPU 线程执行对应的第一加密计算任务， 得到对应的第一加密计算数据； 根据与所述多个第二GPU线程对应的多个第一加密计算数据， 确定出多个第二加密计 算任务， 并将每 个第二加密计算任务分配至一个第二GPU 线程； 通过每个第 二GPU线程执行对应的第二加密计算任务， 得到多个第 二加密计算数据， 根 据所述多个第二加密计算数据， 得到所述第一密文消息 。 3.根据权利要求2所述的基于GPU的Paillier同态加解密计算方法， 其特征在于， 所述 通过每个第二GPU线程执行对应的第一加密计算任务， 得到对应的第一加密计算数据， 所述 包括： 通过所述每个第 二GPU线程， 采用基于预计算表的固定基底模幂运算方法、 基于蒙哥马 利算法和Karatsuba算法的模乘 运算方法和基于GPU硬件的汇编指令的基础运算方法， 执行 对应的第一加密计算任务， 计算得到对应的第一加密计算数据。 4.根据权利要求1所述的基于GPU的Paillier同态加解密计算方法， 其特征在于， 所述 根据所述CPU设备端发送的待解密消 息和解密参数， 通过所述GPU设备端的多个第三GPU线 程并行生成明文消息， 包括： 根据所述待解密消息和所述 解密参数， 确定出并行的多个第一 解密计算任务； 将所述多个第一 解密计算任务分配至所述多个第三GPU 线程； 通过每个第三GPU 线程执行对应的第一 解密计算任务， 得到对应的第一 解密计算数据； 根据与所述多个第三GPU线程对应的多个第一解密计算数据， 确定出多个第二解密计 算任务， 并将每 个第二解密计算任务分配至一个第三GPU 线程； 通过每个第 三GPU线程执行对应的第二解密计算任务， 得到多个第 二解密计算数据， 根权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115459898 A 2据所述多个第二 解密计算数据， 得到所述明文消息 。 5.根据权利要求4所述的基于GPU的Paillier同态加解密计算方法， 其特征在于， 所述 通过每个第三GPU线程执行对应的第一解密计算任务， 得到对应的第一解密计算数据， 包 括： 通过所述每个第二GPU线程， 采用基于Barrett算法的模运算方法、 基于滑动窗口算法 的非固定基底模幂运算方法、 基于蒙哥马利算法和Karatsuba算法的模乘计算方法和基于 GPU硬件的汇编 指令的基础运算方法， 执行对应的第一解密计算任务， 得到对应的第一解密 计算数据。 6.根据权利要求1所述的基于GPU的Paillier同态加解密计算方法， 其特征在于， 所述 根据所述CPU设备端发送的第二密 文消息和第三密 文消息， 通过所述GPU设备端的多个第四 GPU线程并行进行同态加法运 算， 生成第四密文消息， 包括： 根据所述第二密文消息和所述第三密文消息， 确定出并行的多个同态加法计算任务； 将所述多个同态加法计算任务分配至所述多个第四GPU 线程； 通过每个第四GPU 线程执行对应的同态加法计算任务， 得到对应的同态加法计算数据； 根据与所述多个同态加法计算任务对应的多个同态加法计算数据， 得到所述第四密文 消息。 7.根据权利要求6所述的基于GPU的Paillier同态加解密计算方法， 其特征在于， 所述 通过每个第四GPU线程执行对应的同态加法计算任务， 得到对应的同态加法计算数据， 包 括： 通过所述每个第四GPU线程， 采用基于蒙哥马利算法和Karatsuba算法的模乘计算方 法， 以及基于GPU硬件的汇编指令的基础运算方法， 执行对应的同态加法计算任务， 得到对 应的同态加法计算数据。 8.根据权利要求1所述的基于GPU的Paillier同态加解密计算方法， 其特征在于， 所述 全局预计算表包括多 行预计算值； 所述第一部 分预计算表为所述多行预计算值中的第一部 分预计算 值； 所述第二部分预计算表为所述多行 预计算值中的第二部分预计算 值； 所述根据CPU设备端发送的密码参数、 滑动窗口参数和第一部分预计算表， 通过所述 GPU设备端的多个第一GPU 线程并行生成第二部分预计算表， 包括： 根据所述第一部分预计算 值， 确定所述第二部分预计算 值为待计算的值； 根据所述滑动窗口参数， 确定出循环计算总次数， 以及每次循环计算对应的所述多个 第一GPU线程； 在每次循环计算时， 通过 所述多个第一GPU 线程， 计算出多个预计算 值； 将所述循环计算总次数对应的预计算 值， 作为所述第二部分预计算 值。 9.一种基于GPU的Paillier同态加解密计算方法， 其特征在于， 应用 于CPU设备端， 包 括： 获取安全参数、 随机值、 滑动窗口参数； 基于所述 安全参数和所述随机值， 生成密码参数； 基于所述滑动窗口参数， 计算第一部分预计算表； 将所述密码参数、 所述滑动窗口参数和所述第一部分预计算表， 发送至GPU设备端； 获取待加密消息， 并生成与所述待加密消息对应的同态加密参数；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115459898 A 3