David Archer, CTO, Niobium Microsystems – Interview-Serie

Dr. Archer ist der CTO von Niobium Microsystems und ein Principal Scientist, der bei Galois, Inc. die Bereiche Kryptographie und Multiparty Computation leitet. Zu den Kunden von Galois, Inc. gehören DARPA, die NSA, IARPA und das Department of Homeland Security.

Er verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Forschung und Entwicklung im Bereich komplexer ASICs, Systemhardware, Softwarearchitekturen, sicherer Berechnungen und Kryptographie.

Dr. Archer hält einen Ph.D. in Informatik von der Portland State University, einen M.S. in Elektrotechnik und einen B.S. in Computer-Ingenieurwesen von der University of Illinois at Urbana-Champaign.

Niobium Microsystems ist ein Pionier im Bereich Zero-Trust-Computing-Lösungen und bietet die schnellsten homomorphen Verschlüsselungs-Hardware-Beschleuniger (FHE) der Branche. Die Technologien des Unternehmens ermöglichen es Organisationen, den Wert ihrer Daten zu nutzen, während diese vollständig verschlüsselt bleiben, und stellen sicher, dass sensible Informationen privat bleiben und die Einhaltung von Vorschriften unterstützen. Durch die Steigerung der FHE-Leistung auf ein bisher unerreichtes Niveau ermöglicht Niobium Microsystems eine neue Generation von Machine-Learning- und statistischen Analyse-Anwendungen mit mathematisch garantiertem Datenschutz.

Sie haben eine unglaubliche akademische und berufliche Laufbahn hinter sich. Gab es einen bestimmten Moment oder eine bestimmte Einflussnahme, die Sie dazu veranlasst hat, Ihre Karriere der Kryptographie zu widmen?

Ich würde sagen, es sind zwei widersprüchliche, bestimmte Einflüsse, die beide lesenswert sind: Das Recht auf Privatsphäre von Warren und Brandeis und Die transparente Gesellschaft von Brin. Ersteres betont das Recht, in Ruhe gelassen zu werden, und argumentiert, dass das Gesetz Menschen vor invasiven Technologien schützen sollte. Letzteres argumentiert das Gegenteil: Diese invasiven Technologien können nicht vermieden werden, und wir scheitern, wenn wir versuchen, die mächtigen Wenigen, die sie nutzen, zu blenden, denn das Gesetz verhindert, dass wir sie sehen. Immer mehr scheinen beide Ansichten angesichts der Cyberkriminalitätsindustrie, Datenaggregatoren und Missbrauchs durch Nationen unrealistisch zu sein. Moderne Kryptographie, die beispielsweise beweisen kann, ohne Geheimnisse preiszugeben, oder sensible Daten teilen kann, ohne sie preiszugeben, spielt eine wichtige Rolle bei einer praktikablen Lösung.

Für diejenigen, die nicht vertraut sind, erklären Sie bitte, was Fully Homomorphic Encryption ist und was es so zu einem Game-Changer für den Datenschutz macht.

Full Homomorphic Encryption, oder FHE, ist eine kryptographische Technologie, die es ermöglicht, Berechnungen auf verschlüsselten Daten durchzuführen, ohne dass diese jemals entschlüsselt werden müssen. Stellen Sie sich vor, Sie übergeben jemandem eine verschlossene Schachtel – er kann das, was sich in der Schachtel befindet, manipulieren, ohne dass er die Schachtel jemals öffnen muss, und dann kann nur Sie das Ergebnis entsperren. Mit FHE bleiben Daten während der Speicherung, des Transports und der Berechnung verschlüsselt. Das ist revolutionär: Es garantiert mathematisch, dass sensible Daten undurchsichtig bleiben. Keine Lecks, keine Offenlegung.

Was sind die größten Herausforderungen bei der Umsetzung von FHE in der Praxis für Unternehmens-Anwendungen im Bereich künstlicher Intelligenz, und wie geht Niobium diese Herausforderungen an?

Historisch gesehen bestand die größte Herausforderung von FHE in der Rechenleistung – FHE-Operationen waren tausend- bis millionenfach langsamer als reguläre Berechnungen. Bei Niobium haben wir dieses Problem jedoch direkt angepackt, indem wir speziell entwickelte FHE-Hardware-Beschleuniger gebaut haben. Im Gegensatz zu herkömmlichen CPUs oder Hardware, die für Grafik- oder KI-Architekturen adaptiert wurden, ist unser Design von Grund auf für die Rechenanforderungen von FHE optimiert. Durch einen vollständigen, hardware-software-kombinierten Ansatz haben wir die FHE-Leistung in den Bereich der praktischen Unternehmensanwendung gebracht und somit Sicherheit und Geschwindigkeit des Geschäfts in Einklang gebracht.

Welche realen Anwendungsfälle, insbesondere in der Verteidigung oder Finanzbranche, sind Ihrer Meinung nach am meisten bereit, von FHE zu profitieren?

Wir sehen bereits eine klare Nachfrage in der Verteidigung und Finanzbranche, wo der Schutz von Daten nicht nur wünschenswert, sondern mission-kritisch ist. Eine wichtige Fähigkeit im Kampf ist die Analyse von multispektralen Bildern von autonomen Flugzeugen (UAV), die zur Erkennung bestimmter chemischer Signaturen in einer Landschaft verwendet werden können. Die spezifischen Signaturen von Interesse sind jedoch oft sensibel: Ein Angreifer, der ein UAV erfasst, könnte diese Signaturen extrahieren und lernen, wie er sich daran anpassen kann, um die Erkennung zu vermeiden. Durch die Verwendung von FHE an Bord kann sichergestellt werden, dass diese Signaturen auch im Falle der Flugzeugerkennung sicher bleiben.

In der Finanzbranche ist FHE eine transformative Lösung. Es ermöglicht private Abfragen im Dark-Pool-Handel, schützt Handelsstrategien und gewährleistet Marktfairness. Darüber hinaus können Institutionen sicher zusammenarbeiten, um Betrug über Grenzen hinweg zu erkennen, ohne sensible Transaktionsdaten oder Kundenidentitäten preiszugeben. Dieser kooperative Ansatz verbessert die Erkennungskapazitäten erheblich und deckt komplexe institutionelle Betrugsverschwörungen, grenzüberschreitende Transaktionsanomalien und Muster von illegalem Handeln wie Geldwäsche auf, während die strikte Einhaltung internationaler Datenschutzvorschriften gewährleistet wird. Die Fähigkeit, Erkenntnisse zu teilen, ohne rohe Daten zu teilen, ist nicht nur vorteilhaft – sie ist für ein sicheres und konformes globales Finanzsystem unerlässlich.

Es gab viel Gespräch über “Zero-Math” oder privacy-preserving Computing. Wie definieren Sie das, und welche Rolle spielt es in Niobiums Technologie-Stack?

“Zero-Math”-privacy-preserving Computing bezieht sich auf die Möglichkeit, komplexe kryptographische Operationen für Entwickler und Benutzer transparent zu machen – sie benötigen keinen Ph.D. in Kryptographie, um diese Technologie zu nutzen. Das ist ein lobenswertes Ziel, aber die Wahrheit ist, dass die Implementierung von FHE tatsächlich spezielles Wissen erfordert. Deshalb hört Niobium nicht bei der Hardware auf: Wir bauen auch Software-Stacks, um FHE nahtlos in bestehende Workflows zu integrieren. Wir sind auch Gründungsmitglieder von FHETCH, einem offenen Standards-Konsortium, das darauf abzielt, eine API-Abstraktionsebene zu schaffen, um eine nahtlose Integration zwischen verschiedenen FHE-Hardware-Beschleunigern und Software-Bibliotheken zu ermöglichen. Diese sind entscheidende Schritte auf dem Weg zu einer Welt, in der Benutzer von dieser nächsten Generation von Technologie profitieren können, ohne dass sie selbst Kryptographie-Experten werden müssen.

Homomorphic Encryption hat den Ruf, rechenintensiv zu sein. Wo sehen Sie die vielversprechendsten Durchbrüche in der Leistung?

Die vielversprechendsten Durchbrüche geschehen in der Hardware-Beschleunigung, die speziell für FHE entwickelt wird. Traditionelle CPUs und GPUs sind einfach nicht für die komplexen, hochpräzisen arithmetischen Operationen von FHE ausgelegt. Bei Niobium haben wir unsere Designs speziell für diese Berechnungen entwickelt und sehen damit eine Verbesserung der Leistung um Größenordnungen, die vor einigen Jahren noch undenkbar waren.

Einige Sicherheitsansätze verwenden vertrauenswürdige Ausführungsumgebungen oder vertrauliches Computing. Wie vergleicht sich FHE mit diesen, und wann ist es die deutlich bessere Option?

Vertrauenswürdige Ausführungsumgebungen (TEEs), auch bekannt als vertrauliches Computing, verlassen sich auf Hardware-Enklaven, um Daten zu schützen, aber sie erfordern immer noch Vertrauen in den Hardware-Hersteller, den Enklaven und das System-Software, und sie verarbeiten die Daten immer noch unverschlüsselt. Die Komplexität dieser “Wurzel des Vertrauens” reduziert TEEs auf “ziemlich gute Sicherheit”, und eine Vielzahl von Studien bestätigt diese Bedenken. FHE entfernt das Vertrauen vollständig aus der Gleichung – keine Daten müssen jemals entschlüsselt werden, also gibt es keine sensitiven Daten, die gefährdet werden könnten. Wenn absolute, mathematisch garantierte Sicherheit erforderlich ist, insbesondere in stark regulierten Branchen, ist FHE die überlegene Wahl.

Seitliche Angriffe sind ein Anliegen, wenn es um die Arbeit mit sensiblen Daten auf Hardware-Ebene geht. Welche Schritte haben Sie unternommen, um diese Risiken in Niobiums Designs zu minimieren?

Seitliche Angriffe nutzen ungewollte Informationslecks aus der Hardware aus. Forschung zeigt immer wieder, dass TEEs anfällig für diese Art von Angriffen sind. Wenn jedoch die einzigen Informationen, mit denen gearbeitet wird, verschlüsselt sind, dann nützt es dem Angreifer nichts, wenn er diese Informationen leckt. Es ist nicht so, dass unsere Hardware das Risiko von Lecks minimiert. Stattdessen maximiert unsere Hardware die Leistung und Effizienz, insbesondere weil sie sich keine Sorgen um Lecks machen muss.

Wie sehen Sie die Standardisierungsbemühungen im FHE-Bereich in den nächsten Jahren, und was unternimmt Niobium, um die Kompatibilität mit den aufkommenden Normen sicherzustellen?

Standardisierung ist entscheidend für die Akzeptanz, und wir nehmen aktiv an diesen Bemühungen teil, indem wir mit Industrie-Gruppen und Standards-Organisationen zusammenarbeiten. Niobium hat kürzlich gemeinsam mit Chain Reaction und Optalysys das FHE-Technische Konsortium für Hardware (FHETCH) gegründet, um die Interoperabilität und die Festlegung praktischer Leistungsbenchmarks für kommerziell umsetzbare FHE-Lösungen voranzutreiben. Als technischer Co-Vorsitzender von FHETCH bin ich persönlich an der Gestaltung von Initiativen wie der Entwicklung einer API-Abstraktionsebene beteiligt, die eine nahtlose Integration zwischen verschiedenen FHE-Hardware-Beschleunigern und Software-Bibliotheken ermöglicht. Wir sind auch an FHE-Community-Standardisierungsbemühungen wie denen von homomorphicencryption.org beteiligt. Diese proaktiven Bemühungen helfen sicherzustellen, dass Kompatibilität und Interoperabilität von Anfang an gegeben sind, was für Unternehmen, die ihre Sicherheitsinvestitionen zukunftssicher machen möchten, von entscheidender Bedeutung ist. Wir ermutigen NIST, FHE schnell zu standardisieren, da NIST-Kryptographie-Standards die Grundlage für die Technologiebeschaffung der Bundesregierung bilden und somit eine FIPS-Validierung zu einer Voraussetzung für den Verkauf kryptographischer Produkte an jede US-Regierungsbehörde machen.

Was begeistert Sie am meisten an der Entwicklung des Fachgebiets in den nächsten Jahren, und was können wir von Niobium auf dem Roadmap erwarten?

Was mich am meisten begeistert, ist der Übergang von der theoretischen Verheißung zur praktischen Umsetzung von sicherer Rechnung auf Unternehmens-Ebene. In den kommenden Jahren erwarte ich, dass FHE-Cloud-Dienste immer häufiger werden und die Art und Weise, wie Organisationen den Datenschutz angehen, verändern. Niobium wird diesen Trend weiter vorantreiben – wir verbessern nicht nur die Leistung unserer FHE-Beschleuniger, sondern erweitern auch unsere Zero-Trust-Computing-Lösungen um breitere Bereiche wie Zero-Knowledge-Beweise und kryptographisch überprüfbare Berechnungen. Diese Kombination aus Gewährleistung der Vertraulichkeit auf der einen Seite und Gewährleistung der Integrität und Nicht-Abstreitbarkeit auf der anderen Seite spricht direkt zu dem, warum ich mich für diese Anstrengung einsetze: die Lösung des von Brandeis und Brin aufgeworfenen Dilemmas. Erwarten Sie von uns noch leistungsfähigere, vielseitigere und zugänglichere Technologien zum Schutz der Privatsphäre, die das umsetzen, was Unternehmen in puncto sicherer Datenverarbeitung für möglich halten.

Vielen Dank für das großartige Interview. Leser, die mehr erfahren möchten, sollten Niobium Microsystems besuchen.