David Archer, CTO, Niobium Microsystems – Συνέντευξη Σειράς

Ο Δρ Archer είναι ο CTO της Niobium Microsystems και Principal Scientist που ηγείται της Κρυπτογραφίας και της Πολυμερούς Υπολογιστικής στο Galois, Inc., των οποίων οι πελάτες περιλαμβάνουν την DARPA, την NSA, την IARPA και το Υπουργείο Εσωτερικής Ασφάλειας.

Έχει περισσότερες από 30 χρόνια εμπειρίας σε έρευνα και ανάπτυξη σε σύνθετα ASIC, υλικό συστήματος, αρχιτεκτονικές λογισμικού, ασφαλή υπολογισμό και κρυπτογραφία.

Ο Δρ Archer κατέχει διδακτορικό τίτλο στη Επιστήμη των Υπολογιστών από το Πανεπιστήμιο Portland State, μεταπτυχιακό τίτλο στη Ηλεκτρολογία και πτυχίο στη Μηχανική Υπολογιστών από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στο Urbana-Champaign.

Niobium Microsystems πρωτοπόροι λύσεις Zero Trust Computing, με τα ταχύτερα homomorphic encryption (FHE) hardware accelerators της βιομηχανίας. Οι τεχνολογίες της εταιρείας επιτρέπουν στους οργανισμούς να αξιοποιήσουν την αξία των δεδομένων τους ενώ τα διατηρούν πλήρως κρυπτογραφημένα, εξασφαλίζοντας ότι οι ευαίσθητες πληροφορίες παραμένουν ιδιωτικές και υποστηρίζοντας την συμμόρφωση με τους κανονισμούς. Με την προώθηση των επιδόσεων του FHE σε άνευ προηγουμένου επίπεδα, η Niobium Microsystems κάνει δυνατή μια νέα γενιά εφαρμογών μηχανικής μάθησης και στατιστικής ανάλυσης με μαθηματικά εγγυημένη ιδιωτικότητα.

Έχετε μια απίστευτη ακαδημαϊκή και επαγγελματική πορεία. Υπήρξε ένα συγκεκριμένο момент ή επιρροή που σας οδήγησε να αφοσιωθείτε στην καριέρα σας στην κρυπτογραφία;

Θα έλεγα ότι είναι δύο διαφωνούντες, συγκεκριμένες επιρροές, και οι δύο αξίζει να διαβαστούν: Το Δικαίωμα στην Ιδιωτικότητα του Warren και Brin και Η Διαφανής Κοινωνία του Brin. Το πρώτο τονίζει το δικαίωμα να αφεθείτε μόνο, υποστηρίζοντας ότι ο νόμος πρέπει να προστατεύει τους ανθρώπους από τις εισβατικές τεχνολογίες. Το δεύτερο υποστηρίζει το αντίθετο: αυτές οι εισβατικές τεχνολογίες δεν μπορούν να αποφευχθούν, και αποτυγχάνουμε όταν προσπαθούμε να τυφλώσουμε τους λίγους ισχυρούς που τις χρησιμοποιούν, επειδή ο νόμος μας εμποδίζει να τις δούμε. Όλο και περισσότερο, και οι δύο απόψεις φαίνονται απρακτικές αντιμέτωπες με την βιομηχανία κυβερνοεγκλήματος, τους συλλέκτες δεδομένων και τις καταχρήσεις των κρατών. Η σύγχρονη κρυπτογραφία που για παράδειγμα μπορεί να αποδείξει γεγονότα χωρίς να αποκαλύπτει μυστικά, ή να μοιράζεται ευαίσθητα δεδομένα χωρίς να τα αποκαλύπτει, έχουν σημαντικά μέρη να παίξουν σε μια λειτουργική λύση.

Για εκείνους που δεν είναι εξοικειωμένοι, πώς θα εξηγούσατε το Fully Homomorphic Encryption και τι το κάνει τόσο game-changer για την ιδιωτικότητα των δεδομένων;

Η πλήρως ομομορφική κρυπτογράφηση (FHE) είναι μια κρυπτογραφική τεχνολογία που επιτρέπει την εκτέλεση υπολογισμών σε κρυπτογραφημένα δεδομένα χωρίς να χρειάζεται ποτέ η αποκρυπτογράφησή τους. Φανταστείτε ότι δίνετε σε κάποιον ένα κλειδωμένο κουτί: μπορεί να χειριστεί το περιεχόμενό του χωρίς να το ανοίξει και μόνο εσείς μπορείτε να ξεκλειδώσετε το αποτέλεσμα. Με την FHE, τα δεδομένα παραμένουν κρυπτογραφημένα κατά την αποθήκευση, τη μεταφορά και τον υπολογισμό. Πρόκειται για επαναστατική δυνατότητα, καθώς εγγυάται μαθηματικά ότι τα ευαίσθητα δεδομένα παραμένουν κρυφά, χωρίς διαρροές ή έκθεση.

Ποια είναι οι μεγαλύτερες προκλήσεις για να κάνετε το FHE πρακτικό για επιχειρηματικές εφαρμογές AI, και πώς αντιμετωπίζει η Niobium αυτές τις προκλήσεις;

Ιστορικά, η μεγαλύτερη πρόκληση του FHE ήταν η υπολογιστική αποτελεσματικότητα—οι λειτουργίες FHE ήταν χιλιάδες έως εκατομμύρια φορές πιο αργές από τον κανονικό υπολογισμό. Αλλά στην Niobium, abbiamo αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα με purpose-built FHE hardware accelerators. Σε αντίθεση με τους παραδοσιακούς CPU ή hardware που προσαρμόζονται από γραφικά ή αρχιτεκτονικές AI, η σχεδίασή μας είναι ground-up βελτιστοποιημένη για τις υπολογιστικές ανάγκες του FHE. Μέσω μιας πλήρους, hardware-software co-design προσέγγισης, abbiamo φέρει τις επιδόσεις του FHE σε ένα επίπεδο που είναι πρακτικά για επιχειρηματική χρήση, τελικά ευθυγραμμίζοντας την ασφάλεια με την ταχύτητα της επιχείρησης.

Τι είδους πραγματικές περιπτώσεις χρήσης—ιδιαίτερα στην άμυνα ή τις финάνσεις—σκέφτεστε ότι είναι πιο έτοιμες να επωφεληθούν από το FHE σήμερα;

Βλέπουμε ήδη σαφή ζήτηση στην άμυνα και τις финάνσεις, όπου η προστασία των δεδομένων δεν είναι απλώς επιθυμητή—είναι κρίσιμη για την αποστολή. Μια σημαντική ικανότητα μάχης είναι η ανάλυση εικόνων πολλαπλών φασμάτων από αυτόνομες αεροπορικές μηχανές (UAV), οι οποίες μπορεί να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση συγκεκριμένων χημικών σημάτων σε ένα τοπίο. Ωστόσο, τα συγκεκριμένα σήματα που ενδιαφέρουν είναι συχνά ευαίσθητα: ένας αντίπαλος που καταλαμβάνει ένα UAV θα μπορούσε να εξάγει αυτά τα σήματα και να μάθει πώς να προσαρμοστεί σε αυτά, αποφεύγοντας την ανίχνευση. Το FHE στο σκάφος μπορεί να εγγυηθεί ότι αυτά τα σήματα παραμένουν ασφαλή ακόμη και σε περίπτωση σύλληψης αεροσκαφών.

Στις финάνσεις, το FHE είναι μια μετασχηματιστική λύση. Επιτρέπει ιδιωτικές ερωτήσεις σε dark pool trading, προστατεύοντας τις στρατηγικές trading και εξασφαλίζοντας την αγορά της ισότητας. Επιπλέον, οι θεσμοί μπορούν να συνεργαστούν ασφαλώς για την ανίχνευση απάτης σε διασυνοριακές συναλλαγές χωρίς να αποκαλύπτουν ευαίσθητα δεδομένα συναλλαγών ή ταυτότητες πελατών. Αυτή η συνεργατική προσέγγιση ενισχύει σημαντικά τις ικανότητες ανίχνευσης, αποκαλύπτοντας σύνθετα σχήματα απάτης θεσμών, διασυνοριακές ανωμαλίες συναλλαγών, και προτύπων παράνομων δραστηριοτήτων όπως το πλύσιμο χρημάτων, όλα αυτά διατηρώντας αυστηρή συμμόρφωση με τους διεθνείς κανονισμούς προστασίας δεδομένων. Η ικανότητα να μοιράζεται πληροφορίες χωρίς να μοιράζεται сыρά δεδομένα δεν είναι απλώς ωφέλιμη—είναι απαραίτητη για ένα ασφαλές και συμμορφωμένο παγκόσμιο οικονομικό σύστημα.

Υπάρχει πολλή συζήτηση για “zero-math” ή προστασία ιδιωτικότητας υπολογισμού. Πώς ορίζετε αυτήν, και ποιο ρόλο παίζει στην τεχνολογική στοίβα της Niobium;

Η “zero-math” προστασία ιδιωτικότητας υπολογισμού αναφέρεται στο να κάνει τις σύνθετες κρυπτογραφικές λειτουργίες διαφανείς για τους développers και τους χρήστες—δεν χρειάζονται να έχουν διδακτορικό τίτλο στην κρυπτογραφία για να εκμεταλλευτούν την τεχνολογία. Αυτό είναι ένα αξιοσέβαστο στόχο, αλλά η αλήθεια είναι ότι η υλοποίηση του FHE χρειάζεται εξειδικευμένες γνώσεις. Για αυτό, η Niobium δεν σταματάει στο hardware: estamos επίσης κατασκευάζοντας software stacks για να ενσωματώσει αβίαστα το FHE στις υπάρχουσες ροές εργασίας. Είμαστε επίσης ιδρυτικά μέλη του FHETCH, ενός ανοιχτού προτύπου consortium που εργάζεται για να κατασκευάσει cross-platform APIs ώστε το FHE hardware και software να μπορούν να διαλειτουργούν χωρίς προσαρμογή. Αυτά είναι κρίσιμα βήματα στο δρόμο για ένα κόσμο όπου οι χρήστες μπορούν να επωφεληθούν από αυτήν την επόμενη γενιά τεχνολογίας χωρίς να χρειάζεται να γίνουν ειδικοί στην κρυπτογραφία.

Η ομομορφική κρυπτογραφία έχει φήμη για το ότι είναι υπολογιστικά ακριβή. Πού βλέπετε τις πιο υποσχόμενες ανακαλύψεις στις επιδόσεις να έρχονται από;

Οι πιο υποσχόμενες ανακαλύψεις συμβαίνουν στην hardware acceleration που έχει σχεδιαστεί ειδικά για το FHE. Οι παραδοσιακοί CPU και GPU δεν είναι κατασκευασμένοι για τις περίπλοκες, υψηλής ακρίβειας αριθμητικές που απαιτούνται από το FHE. Στην Niobium, abbiamo ειδικά σχεδιάσει τις κατασκευές μας για να χειρίζονται αυτές τις υπολογιστικές με άνευ προηγουμένου αποτελεσματικότητα. Σε συνδυασμό με τις εξειδικευμένες βελτιστοποιήσεις του compiler μας, βλέπουμε επιτάχυνση επιδόσεων που ήταν απίστευτες πριν από λίγα χρόνια.

Ορισμένες προσεγγίσεις ασφαλείας χρησιμοποιούν trusted execution environments ή confidential computing. Πώς συγκρίνεται το FHE με αυτές, και πότε είναι η σαφώς καλύτερη επιλογή;

Τα περιβάλλοντα αξιόπιστης εκτέλεσης (TEE), γνωστά και ως εμπιστευτική υπολογιστική, βασίζονται σε θύλακες υλικού για την προστασία των δεδομένων. Ωστόσο, απαιτούν εμπιστοσύνη στον προμηθευτή υλικού, στον θύλακα και στο λογισμικό συστήματος, ενώ επεξεργάζονται τα δεδομένα σε αποκρυπτογραφημένη μορφή. Η πολυπλοκότητα αυτής της «ρίζας εμπιστοσύνης» περιορίζει τα TEE σε απλώς καλή ασφάλεια, και πολλές μελέτες επιβεβαιώνουν την ανησυχία. Η FHE αφαιρεί πλήρως την ανάγκη εμπιστοσύνης από την εξίσωση: τα δεδομένα δεν αποκρυπτογραφούνται ποτέ, άρα δεν υπάρχει ευαίσθητη πληροφορία σε εκτεθειμένη μορφή. Όταν απαιτείται απόλυτη ασφάλεια με μαθηματική εγγύηση, ιδίως σε αυστηρά ρυθμιζόμενους κλάδους, η FHE αποτελεί ανώτερη επιλογή.

Οι επιθέσεις πλευρικών καναλιών είναι μια ανησυχία όταν εργάζεστε με ευαίσθητα δεδομένα σε επίπεδο hardware. Ποια βήματα έχετε λάβει για να ελαττώσετε αυτούς τους κινδύνους στις σχεδιαστικές σας;

Οι επιθέσεις πλευρικών καναλιών εκμεταλλεύονται τις ανεπιθύμητες διαρροές πληροφοριών από το hardware. Η έρευνα δείχνει ξανά και ξανά ότι τα TEEs είναι ευάλωτα σε αυτόν τον τύπο επιθέσεων. Ωστόσο, αν η μόνη πληροφορία που λειτουργείτε είναι κρυπτογραφημένη, τότε η διαρροή της δεν ωφελεί τον αντίπαλο. Δεν είναι ότι το hardware μας ελαττώνει τον κίνδυνο διαρροής. Αντίθετα, το hardware μας βελτιστοποιεί την απόδοση και την αποτελεσματικότητα, ιδιαίτερα επειδή δεν χρειάζεται να ανησυχούμε για διαρροή.

Πώς βλέπετε τις προσπάθειες τυποποίησης στο χώρο του FHE να εξελίσσονται, και τι κάνει η Niobium για να διασφαλίσει τη συμβατότητα με τις αναδυόμενες νόρμες;

Η τυποποίηση είναι κρίσιμη για την υιοθέτηση, και συμμετέχουμε ενεργά σε αυτές τις προσπάθειες μέσω συνεργασιών με βιομηχανικούς ομίλους και organismούς τυποποίησης. Η Niobium συνίδρυσε πρόσφατα το FHE Technical Consortium για Hardware (FHETCH), μαζί με την Chain Reaction και την Optalysys, για να ωθήσει την διαλειτουργικότητα και να καθορίσει πρακτικά πρότυπα επιδόσεων για εμπορικά βιώσιμες λύσεις FHE. Ως Τεχνικός ΣυνPředseda του FHETCH, είμαι προσωπικά εμπλεγμένος στη διαμόρφωση πρωτοβουλιών όπως η ανάπτυξη eines API abstraction layer, το οποίο επιτρέπει την αβίαστη ενοποίηση μεταξύ διαφορετικών FHE hardware accelerators και software libraries. Είμαστε επίσης εμπλεγμένοι στις προσπάθειες τυποποίησης της κοινότητας FHE όπως αυτές του homomorphicencryption.org. Αυτές οι πρωτοβουλίες μας βοηθούν να διασφαλίσουμε τη συμβατότητα και τη διαλειτουργικότητα από την αρχή, το οποίο είναι κρίσιμο για τις επιχειρήσεις που αναζητούν να προστατεύσουν τις επενδύσεις ασφαλείας τους.

Τι σας ενθουσιάζει περισσότερο για το που πηγαίνει το πεδίο τα επόμενα χρόνια, και τι μπορούμε να περιμένουμε από την Niobium στο δρόμο μπροστά;

Τι με ενθουσιάζει περισσότερο είναι η μετάβαση από την θεωρητική υπόσχεση στη πρακτική υλοποίηση του ασφαλούς υπολογισμού σε κλίμακα επιχείρησης. Τα επόμενα χρόνια, προβλέπω ότι οι υπηρεσίες FHE cloud θα γίνουν όλο και πιο συνηθισμένες, μετασχηματίζοντας τον τρόπο που οι οργανισμοί αντιμετωπίζουν την ασφάλεια των δεδομένων. Η Niobium θα συνεχίσει να ηγείται σε αυτόν τον τομέα—δεν σταματάμε μόνο την πρόοδο των επιδόσεων των FHE accelerators μας, αλλά και επεκτείνουμε σε ευρύτερες λύσεις Zero Trust Computing όπως τα zero knowledge proofs και cryptographically verifiable computation. Αυτό το συνδυασμό της διασφάλισης της εμπιστευτικότητας από την μια πλευρά, ενώ διασφαλίζουμε την ακεραιότητα και την μη άρνηση από την άλλη, μιλάει απευθείας στο γιατί είμαι σε αυτήν την προσπάθεια: λύνοντας το δίλημμα που τέθηκε από τους Brandeis και Brin. Περιμένετε να δείτε ακόμη πιο ισχυρές, ευέλικτες και προσιτές τεχνολογίες προστασίας ιδιωτικότητας από εμάς, επαναπροσδιορίζοντας τι θεωρούν οι επιχειρήσεις δυνατό σε ασφαλή χειρισμό δεδομένων.

Ευχαριστώ για τη μεγάλη συνέντευξη, οι αναγνώστες που θέλουν να μάθουν περισσότερα πρέπει να επισκεφθούν Niobium Microsystems.