数据传输方法、装置、相关设备及FPGA芯片与流程

所属的技术人员能够理解，本公开的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。下面参照图9来描述根据本公开的这种实施方式的电子设备900。图9显示的电子设备9仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。如图9所示，电子设备900以通用计算设备的形式表现。电子设备900的组件可以包括但不限于：上述至少一个处理单元901、上述至少一个存储单元902、连接不同系统组件(包括存储单元902和处理单元901)的总线903。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元901执行，使得处理单元901执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。在一些实施例中，当电子设备用于控制例如本公开上述数据传输方法时，处理单元901可以执行上述方法实施例的如下步骤：获取待传输数据和待传输数据对应的传输任务信息，传输任务信息用于指示待传输数据是否需要加密，和/或待传输数据是否需要传输至外部设备。当传输任务信息指示待传输数据需要加密时，对待传输数据进行加密。当传输任务信息指示待传输数据需要传输至外部设备时，将待传输数据和/或待传输数据的加密结果传输至外部设备。存储单元902可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)9021和/或高速缓存存储单元9022，还可以进一步包括只读存储单元(rom)9023。存储单元902还可以包括具有一组(至少一个)程序模块9025的程序/实用工具9024，这样的程序模块9025包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。总线903可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。电子设备900也可以与一个或多个外部设备904(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备900交互的设备通信，和/或与使得该电子设备900能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口905进行。并且，电子设备900还可以通过网络适配器906与一个或者多个网络(例如局域网(lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图所示，网络适配器906通过总线903与电子设备900的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备900使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、终端装置、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机程序产品，该计算机程序产品包括：计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述数据传输方法。在本公开的示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。其上存储有能够实现本公开上述方法的程序产品。在一些可能的实施方式中，本公开的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当程序产品在终端设备上运行时，程序代码用于使终端设备执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本公开各种示例性实施方式的步骤。本公开中的计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可选地，计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。在具体实施时，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(lan)或广域网(wan)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本公开的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

背景技术：

1、现有隐私计算框架利用同态加密技术处理数据实现可用不可见，为了保证数据加密有足够好的安全性，目前普遍采用1024或更多比特的密钥长度，导致原始数据被加密后变成大位宽的整数，造成计算和通信效率的大幅下降。通过异构计算可有效解决计算效率问题，fpga(field programmable gate arra，现场可编程门阵列)具有高灵活性、高并行度和低延迟处理的特点，被广泛应用于在隐私计算硬件加速场景。针对通信瓶颈，实际应用中考虑将rdma(remote direct memory access，远程直接数据存取)技术应用于隐私计算通信模块以减少数据传输耗时，基于fpga的rdma专用网卡是目前业界的重点研究方向。

2、但相关技术中隐私计算任务运行过程中涉及多个参与方之间的数据交换，以基于rsa(由ron rivest、adi shamir和leonard adleman一起提出的非对称加密算法)的psi(private set intersection，隐私集合求交)算法为例，同态加密和数据传输操作通常被连续执行，若基于fpga的异构处理系统将运算卸载到fpga芯片，得到计算结果后复制到cpu(central processing unit，超大规模的集成电路)内存，再通过rdma网卡转发，fpga芯片和主机间通过硬件接口进行数据交换，多次硬件设备间数据传输造成时间损耗，影响计算效率。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开提供一种数据传输方法、装置、相关设备及fpga芯片，至少在一定程度上减少相关技术中硬件间数据传输造成的时间开销。

2、本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

3、根据本公开的一个方面，提供了一种数据传输方法，所述方法应用于fpga芯片，包括：获取待传输数据和所述待传输数据对应的传输任务信息，所述传输任务信息用于指示所述待传输数据是否需要加密以及所述待传输数据是否需要传输至外部设备；当所述传输任务信息指示所述待传输数据需要加密时，对所述待传输数据进行加密；当所述传输任务信息指示所述待传输数据需要传输至外部设备时，将所述待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果传输至外部设备。

4、在本公开的一些示例性实施例中，基于前述方案，在采用同态加密方式对所述待传输数据进行加密的情况下，所述传输任务信息中包含：计算任务类型；其中，对所述待传输数据进行加密，包括：根据所述计算任务类型对所述待传输数据进行同态加密。

5、在本公开的一些示例性实施例中，基于前述方案，根据所述计算任务类型对所述待传输数据进行同态加密，包括：将需要进行同态加密的待传输数据存入第一队列中；根据所述计算任务类型，对所述第一队列中的数据进行同态加密。

6、在本公开的一些示例性实施例中，基于前述方案，所述外部设备为远端设备，在将所述待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果传输至外部设备之前，所述方法还包括：判断所述传输任务信息中是否包含所述远端设备的目标内存地址；根据所述目标内存地址，将所述待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果传输至远端设备。

7、在本公开的一些示例性实施例中，基于前述方案，根据所述目标内存地址，将所述待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果传输至外部设备，包括：将所述待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果存入第二队列中；将所述第二队列中的待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果传输至远端设备。

8、在本公开的一些示例性实施例中，基于前述方案，所述方法还包括：当所述传输任务信息指示所述待传输数据需要加密且无需传输至外部设备时，将所述待传输数据的加密结果存入第三队列中；将所述第三队列中的数据传输至本地设备的cpu。

9、根据本公开的又一个方面，还提供了一种fpga芯片，包括：内存读取模块，用于获取待传输数据和所述待传输数据对应的传输任务信息；同态加密模块，用于对所述待传输数据进行加密处理；内存写入模块，用于将所述同态加密模块处理的加密结果写入cpu中的全局内存；远程直接数据存取模块，用于将所述待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果传输至外部设备。

10、在本公开的一些示例性实施例中，基于前述方案，所述同态加密模块包括：动态同态加密模块，用于根据重构信息，动态重构所述动态同态加密模块中的可重构单元的数量，以实现在动态重构后所述动态同态加密模块对所述待传输数据进行加密处理；静态同态加密模块，用于在动态重构过程中对所述待传输数据进行加密处理。

11、在本公开的一些示例性实施例中，基于前述方案，所述远程直接数据存取模块包括：动态远程直接数据存取模块，用于根据重构信息，动态重构所述动态远程直接数据存取模块中的可重构单元的数量，以实现在动态重构后所述动态远程直接数据存取模块将所述待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果传输至外部设备；静态远程直接数据存取模块，用于在动态重构过程中将所述待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果传输至外部设备。

12、根据本公开的另一个方面，还提供了一种数据传输装置，包括：任务数据获取模块，用于获取待传输数据和所述待传输数据对应的传输任务信息，所述传输任务信息用于指示所述待传输数据是否需要加密以及所述待传输数据是否需要传输至外部设备；任务数据加密模块，用于当所述传输任务信息指示所述待传输数据需要加密时，对所述待传输数据进行加密；任务数据传输模块，用于当所述传输任务信息指示所述待传输数据需要进行远程传输时，将所述待传输数据和/或所述待传输数据的加密结果传输至外部设备。

13、根据本公开的再一个方面，还提供了一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行上述任意一种数据传输方法。

14、根据本公开的又一个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任意一种数据传输方法。

15、本公开实施例提供的数据传输方法、装置、相关设备及fpga芯片，通过获取到的传输任务信息对待传输数据进行加密以及传输至外部设备的操作，并且，整个加密、传输操作都是在同一fpga芯片上，若传输任务信息用于指示对待传输数据进行加密操作，则本公开实施例将待传输数据在fpga芯片上进行加密操作；若传输任务信息用于指示将待传输数据传输至外部设备，则本公开实施例将对待传输数据在fpga芯片上进行传输操作；若传输任务信息用于指示将待传输数据进行加密和传输操作，则本公开实施例将对待传输数据在fpga芯片上进行加密操作，并将加密结果传输至外部设备。

16、在相较于相关技术中fpga的异构处理系统将运算卸载到fpga芯片，得到计算结果后复制到cpu内存，再通过rdma网卡转发，导致fpga芯片和主机间多次在硬件设备间传输数据，造成时间损耗，从而影响计算效率，而本公开实施例将加密和传输功能集成在同一fpga芯片上，根据待传输数据和待传输数据对应的传输任务信息，来对待传输数据进行加密和/或传输至外部设备，从而减少数据复制次数，提升隐私计算运行效率，进一步地，本公开实施例使用fpga芯片是利用fpga芯片局部动态可重构技术来提高fpga芯片资源利用率，具体地，fpga芯片局部动态可重构技术是允许可重构的器件或系统的一部分进行重新配置，通过修改动态可重构部分中多个动态可重构单元的数量，从而实现动态可重构部分资源的灵活分配。

17、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。