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本文提出 Jaguar,一种用于加速私有卷积神经网络(CNN)推理的新型混合同态加密/两方安全计算(HE/2PC)系统。现有混合协议的性能瓶颈主要来自两个方面:一是使用素数模数同态算术进行卷积操作,这需要基于NTT的多项式乘法,开销较大;二是ReLU激活函数前的精度管理流程要求将比特宽度加倍,然后调用单独的截断协议,增加了通信和计算成本。Jaguar 基于一个核心设计选择——使用2的幂次方密文环——来解决这两个问题。首先,该设计使得 SPA-Conv(标量多项式累积卷积)成为可能,这是一种系数域卷积核,用标量-多项式累积替代了以NTT为中心的多项式乘法,从而降低卷积计算复杂度。其次,通过本地右移位实现精确的密文端截断,使得ReLU可以直接在目标定点精度下运行,无需后续的截断协议。尽管使用了2的幂次方环,但在客户端解密时,NTT仍然有用,用于处理单个多项式乘法。为此,Jaguar 引入了辅助NTT素数,在保持2的幂次方协议基础的同时,使解密复杂度仍为 O(N log N)。实验表明,在禁用AVX的ImageNet规模ResNet-18、ResNet-50和MobileNetV2上,与Cheetah相比,端到端延迟降低2.07-3.72倍,通信量降低1.16-1.76倍;与Rhombus相比,延迟降低2.16-3.36倍。适合对隐私保护机器学习、同态加密加速、安全推理系统设计感兴趣的研究者和工程师阅读。
💡 推荐理由: Jaguar 通过2的幂次方环设计,同时简化了卷积和ReLU截断协议,显著降低了混合HE/2PC CNN推理的延迟和通信开销,为隐私保护机器学习在资源受限场景(如边缘设备)的实用化提供了新路径。
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