SEAL库 - 安装和介绍

本篇文章介绍：SEAL同态库的安装和简单使用

注：使用Clang++编译的Microsoft Seal比使用GNUG++编译的Microsoft Seal具有更好的运行时性能。

1、 cmake：适应于Windows、MACOS、linux

2、 vcpkg：适应于Windows、MACOS、linux

3、 homebrew：适用于MACOS

4、 pkg：适用于FreeBSD

5、 NuGet Package：用于.NET开发（安卓），适用于Windows, Linux, macOS, Android, iOS

liunx/MacOS上安装

1、下载

git clone https://github.com/microsoft/SEAL

2、构建

cd SEAL

cmake -S . -B build

cmake --build build

sudo cmake --install build

构建完成后，可以在build/lib/和build/bin/目录中找到输出二进制文件。

可以指定各种配置选项并将其传递给CMake构建系统。下面的“基本CMake选项”和“高级CMake选项”部分对这些选项进行了说明。

当需要对example、tests进行测试时，由于，默认是关闭的，所以需要打开：

在根目录下运行：

cmake -S . -B build -DSEAL_BUILD_EXAMPLES=ON

cmake -S . -B build -DSEAL_BUILD_TESTS=ON

cmake -S . -B build -DSEAL_ROOT=~/mylibs

cmake --build build

生成的二进制文件在 build/bin下

Windows上安装

在Windows上，上述相同的脚本使用Ninja或“Visual Studio 16 2019”生成器在Visual Studio的开发人员命令提示符下工作。

注：Ninja 是Google的一名程序员推出的注重速度的构建工具，一般在Unix/Linux上的程序通过make/makefile来构建编译，而Ninja通过将编译任务并行组织，大大提高了构建速度，总结就是和cmake的作用是一样的。

Visual Studio 16 2019”生成器

1、根据打开的vs2019命令行工具依次输入命令：

2、如果打开的是x64，那么：

cd SEAL

cmake -S . -B build -G "Visual Studio 16 2019" -A x64

cmake --build build --config Release

cmake --install build

如果打开的是x86，那么：

cd SEAL

cmake -S . -B build -G "Visual Studio 16 2019" -A Win32

cmake --build build --config Release

cmake --install build

这一步完成后的结果如图所示：

3、安装完成后我们进入/SEAL/native/example目录下，编译样例example：

以x64为例：

cmake -S . -B build -G "Visual Studio 16 2019" -A x64

cmake --build build --config Release

cmake --install build

这样example代码就编译构建编译完成，生成可执行文件（.exe）sealexamples

4、运行sealexamples

在这里我们可以看到seal有不同的工作模式，对应不同的模式有对应的样例和过程演示

依赖库

Intel HEXL

Intel HEXL是一个库，提供同态加密中常见的加密原语的高效实现。在采用“英特尔AVX512-IFMA52”指令集的英特尔处理器上，这种加速尤其明显。

Microsoft GSL

Microsoft GSL（Guidelines Support Library）是一个仅标头的库，它实现了GSL:：span：一种视图类型，提供对内存的安全（边界检查）数组访问。

例如，如果Microsoft GSL可用，Microsoft SEAL可以允许BatchEncoder和CKKSEncoder从GSL:：span而不是std:：vector进行编码和解码，这在某些情况下具有显著的性能优势。

ZLIB and Zstandard

ZLIB和Zstandard是广泛使用的压缩库。Microsoft SEAL可以选择使用这些库来对数据进行压缩序列化。

人们可能会问，当密文和密钥数据与随机数据无法区分时，压缩有何帮助？在Microsoft SEAL中，Ciphertext对象由指定的大素数作为模数（coeff_modulus）的整数组成。特别是在使用CKKS方案时，这些素数可能非常小（例如，30位），但数据仍然序列化为64位整数。因此，几乎一半的密文字节是零，这并不常见，而应用通用压缩算法能消除这种浪费空间。BFV方案从该技术中获得的好处通常较少，因为用于coeff_modulus加密参数的素数往往更大，而对这些素数进行模化的整数填充每个64位字的更多。压缩序列化可以应用于任何可序列化的Microsoft SEAL对象，而不仅仅是密文和密钥。

如果Microsoft SEAL使用ZLIB或Zstandard支持编译，则压缩将自动用于序列化；参考Serialization::compr_mode_default在native/src/seal/serialization.h。但是，始终可以显式地将compr_mode_type::none传递给序列化方法以禁用压缩。如果同时启用了ZLIB和Zstandard支持，那么Zstandard将默认使用，因为它的性能要好得多。

注释：一个SecretKey的压缩率能透露出密钥的信息，在大多数情况下，密钥的大小不会透露给不可信的第三方，如果这是个问题，可以以未压缩的形式保存SecretKey。

examples

native/examples/该文件夹下给出了7个例子（C++），C#编写的在 dotnet/examples/下

1_bfv_basics.cpp

BFV方案的加密模块

2_encoders.cpp

将更复杂的数据编码到Microsoft SEAL纯文本对象中

3_levels.cpp

介绍了levels的概念；使用CKKS方案的先决条件

4_ckks_basics.cpp

使用CKKS方案的加密实数算法

5_rotation.cpp

在BFV和CKKS方案中对加密向量执行循环旋转（cyclic rotations）

6_serialization.cpp

该例子介绍在Microsoft SEAL中序列化对象！

具体来说，给出了用在外包计算，传递密文和密钥时能优化数据大小，以用户端和服务端传递消息为例，服务端选择加密参数，客户端生成密钥，服务端进行进行加密计算，客户端解密。

7_performance.cpp

性能测试

基于CKKS的EVA

EVA：是一个基于python编写的编译工具，为python开发者提供了很好的平台。它优化了Microsoft SEAL的计算，选择适当的加密参数，并为加密输入、执行计算和解密结果提供了方便的Python API，EVA可在GitHub获得。

注：EVA仅支持CKKS方案，目前还没有支持BFV计划的计划。