(Bachelor/Master/Praktikum) Benchmark und Vergleich von Scheme-Switching zwischen FHEW und CKKS in der homomorphen Verschlüsselung

Motivation

Homomorphe Verschlüsselung (HE) erlaubt es, verschlüsselte Daten zu verarbeiten, ohne sie vorher entschlüsseln zu müssen. HE kann deshalb als ein entscheidender Baustein für datenschutzkonforme Anwendungen in der Cloud, im Gesundheitswesen oder bei KI-Modellen angesehen werden. Dabei bringen unterschiedliche HE-Verfahren jeweils spezifische Vorteile mit:

• CKKS eignet sich für effiziente Berechnungen auf Gleitkommazahlen
• FHEW ermöglicht schnelle binäre Operationen.

In der Praxis besteht inzwischen die Möglichkeit, zwischen mehreren Verfahren zu wechseln – das sogenannte Scheme-Switching. Somit kann man in der Theorie die Vorteile beider Verfahren (Gleitkommazahlen von CKKS und binäre Operationen bei FHEW) miteinander kombinieren. Dieser Prozess ist jedoch rechenintensiv und kann die Effizienz maßgeblich beeinflussen. Daher ist es wichtig, bestehende Switching-Ansätze systematisch zu analysieren und hinsichtlich ihrer Performance und Genauigkeit zu bewerten und gegen andere existierende Ansätze zu vergleichen.

Ziele der Arbeit

• Einarbeitung in homomorphe Verschlüsselung und insbesondere die Schemata CKKS und FHEW
• Implementierung verschiedener Funktionen mithilfe bestehender Switching-Mechanismen aus bekannten Libraries
• Benchmarking verschiedener Ansätze hinsichtlich Laufzeit, Genauigkeit und Ressourcenverbrauch
• Vergleich und Bewertung der Verfahren in Hinblick auf verschiedene Anwendungsfälle (z. B. verschlüsselte neuronale Netze)

Wir bieten

• Interessante Arbeit in aktuellen Forschungsthemen
• Möglichkeit der Einbringung eigener Ideen bei der Lösungsgestaltung
• Gute und intensive Betreuung

Voraussetzungen

• C++ Kenntnisse
• Interesse an Kryptografie und Datensicherheit
• Optional: Grundlegende Kenntnisse in algebraischer Kryptografie von Vorteil

Dauer
   3 - 6 Monate (je nach Art der Arbeit)

Kontakt

Simon Engel, M.Sc.
simon.engel@uni-wuerzburg.de