文章學習:基於AVX-512指令集的同態加密算法中大整數運算性能優化與突破

學習文章:英特爾×同態科技 | 基於AVX-512指令集的同態加密算法中大整數運算性能優化與突破

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人工智能的安全隱患

ChatGPT的成功大部分來源於海量的數據支撐和豐富的數據維度,基於13億參數量的龐大模型,隨着用戶的不斷湧入,ChatGPT不斷迭代進化新的“知識”,而在模型表達能力的增強之外,同時也帶來了難以忽視的安全風險。除了模型本身可能存在的投毒風險,隱私數據泄露導致的數據重構等風險,都可能造成一定的社會及經濟損失。

數據安全共享解決方案

在數字經濟迅速發展的大背景下,如何能夠利用安全、合規、有序的數據流通和共享手段,將本地數據共享給人工智能平臺進行聯合訓練?

爲提升模型學習與決策能力,隱私計算技術能夠在保護數據本身不泄露的前提下,能夠較好解決數據在收集、傳輸、分析、計算等處理活動中的動態安全,但實際應用中,仍存在技術應用成熟度低、應用實施改動大、權威機構認證少等痛點問題。

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因此,同態科技圍繞以同態加密爲核心的一系列國產新型密碼技術,在充分保護數據隱私安全的基礎上,不改變原有業務流程,低成本、低改造地拓展數據應用場景。通過“一次加密,一次加載,全量應用”的新型數據流轉模式,實現數據價值最大化,達成 “原始數據不出域,數據可用不可見”目的。

國產同態加密算法解決計算效率問題

同態加密技術,就是指數據加密之後,密文數據和未加密前的明文數據相比,具有完全一致的計算能力。目前對比市場上主流的同態加密技術,或多或少的有一些效率上的瓶頸。

Craig Gentry曾給出直觀定義:“A way to delegate processing of your data, without giving away access to it”,通俗的講,同態加密技術就是一種在不接觸原始數據的情況下,實現對數據的應用。

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同態科技自研的國產新型同態加密算法——“同態構型”算法有效解決了計算效率問題,大幅提升了密文計算性能。

CCA-2安全:自適應性選擇密文安全,參考:https://www.cnblogs.com/pam-sh/p/15244862.html

在同一批數據相同運行環境下,與當下主流的同態加密算法庫(微軟SEAL)相比,實現了算法層面的速度提升1800倍以上,並在密文擴張、兼容性、細粒度、以及應用場景等方面均實現了較大提升,有效解決在當下數據融合過程中的隱私保護問題。

結合英特爾再度提升算法計算性能

SIMD技術通過對一組數據向量中的每個元素同時執行相同的操作,實現空間上的並行性。

在算法優化的基礎上,大整數運算是“同態構型”算法中,性能提升的一大環節。同態科技聯合英特爾,以AVX-512指令集爲切入點,通過中國剩餘定理壓縮數據,再利用並行計算提升大整數的運算效率,形成大整體運算優化方案。

見論文:Fully homomorphic SIMD operations

英特爾® AVX-512作爲SIMD技術的典型代表,利用32個512位長的向量寄存器,不但提升了並行計算的數據存量,還在算力部分進行了優化,更適配高性能計算場景下的效率需求,對於科學模擬、金融分析、人工智能、圖像處理、數據壓縮等,對工作負載和用例的性能較高的業務均提供了有力支撐。

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最終實驗結果表明,該方案和主流大整數庫(GMP庫)項目,加法效率提升了70倍,乘法效率提升了100倍,有望基於此進一步實現同態構型算法的性能提升。

技術

同態構型密碼算法

來自:https://www.ttaicloud.com/p/technology.html

同態構型密碼算法設計不依賴傳統的公鑰全同態加密技術,基於離線狀態下常數次(最優時一次)單向陷門J置換,在線狀態下僅包含加法、乘法的對稱全同態映射,實現密文域上高效的隱私計算。

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