David Archer, CTO, Niobium Microsystems – Haastattelusarja

Tohtori Archer on Niobium Microsystemsin CTO ja Galois, Inc.:n pääasiantuntija, joka johtaa salakirja- ja monen osapuolen laskentaa, jonka asiakkaisiin kuuluvat DARPA, NSA, IARPA ja Kot turvallisuuden ministeriö.

Hänellä on yli 30 vuoden kokemus tutkimuksesta ja kehityksestä monimutkaisissa ASIC:issä, järjestelmän laitteistossa, ohjelmistoarkkitehtuureissa, turvallisen laskennan ja salakirjauskessa.

Tohtori Archerilla on tietojenkäsittelytieteen tohtorin tutkinto Portlandin osavaltion yliopistosta, sähkötekniikan maisterin tutkinto ja tietokoneinsinöörin tutkinto Illinoisin yliopistosta Urbana-Champaignissa.

Niobium Microsystems on edelläkävijä Zero Trust Computing -ratkaisuissa, joissa on teollisuuden nopeimmat homomorfiset salakirjaus (FHE) laitteistokiihdyttimet. Yhtiön teknologiat mahdollistavat organisaatioiden hyödyntäämisen datan arvoa pitäen sen täysin salattuna, varmistamalla, että arkaluontoiset tiedot säilyvät yksityisinä ja tukevat sääntelyn mukaisuutta. FHE-suorituskyvyn siirtämisellä ennennäkemättömiin tasoihin Niobium Microsystems mahdollistaa uuden sukupolven koneoppimis- ja tilastollisten sovellusten kehittämisen, joissa on matemaattisesti taatusti yksityisyys.

Olet ollut uskomattoman akateemisen ja ammatillisen matkan varrella. Oliko jokin tietty hetki tai vaikutus, joka johti sinut omistamaan urasi salakirjauskseen?

Sanon, että se on kaksi eriävää, tiettyä vaikutusta, jotka molemmat ovat lukemisen arvoisia: Yksityisyyden oikeus Warrenilta ja Brandeisilta ja Läpinäkyvä yhteiskunta Briniltä. Ensimmäinen korostaa oikeutta olla yksin, väittäen, että laki tulisi suojella ihmisiä invasiivisilta teknologioilta. Jälkimmäinen väittää vastakkaisen: nämä invasiiviset teknologiat eivät voi välttää, ja me epäonnistumme, kun yritämme sokeuttaa ne harvat voimalliset, jotka käyttävät niitä, koska laki estää meitä näkemästä heitä. Yhä enemmän molemmat näkökulmat tuntuvat epäkäytännöllisiltä kyberrikollisuuden, tietojen kerääjien ja valtioiden väärinkäytön kasvavan paineen alla. Moderni salakirjaus, joka esimerkiksi voi osoittaa tosiasioita paljastamatta salaisuuksia tai jakaa arkaluontoisia tietoja paljastamatta niitä, ovat tärkeitä osia toimivassa ratkaisussa.

Mikä on täysin homomorfisen salakirjauksen (FHE) periaate, ja mikä tekee siitä niin suuren muutoksen datan yksityisyyden kannalta?

Täysin homomorfisen salakirjauksen (FHE) avulla voidaan suorittaa laskelmia salattujen tietojen kanssa ilman, että niitä koskaan puretaan. Kuvittele, että annat lukituksen laatikon jollekulle – he voivat muokata laatikon sisältöä ilman, että avaa laatikkoa, ja sitten vain sinä voit avata tuloksen. FHE:ssä tiedot säilyvät salattuina tallennuksen, siirron ja laskennan aikana. Se on vallankumouksellista: se takaa matemaattisesti, että arkaluontoiset tiedot säilyvät hämärinä. Ei enää vuotoja, ei enää altistumista.

Mitkä ovat suurimmat haasteet FHE:n käytännöllistämisessä yritysten tekoälysovelluksissa, ja miten Niobium Microsystems on ratkaisemassa nämä haasteet?

Historiallisesti FHE:n suurin haaste on ollut laskennan tehokkuus – FHE-toiminnot ovat olleet tuhansia tai miljoonia kertoja hitaampia kuin tavallinen laskenta. Mutta Niobium Microsystemsissa olemme ratkaisseet tämän suoraan rakentamalla tarkoitukseen suunnitellun FHE-laitteistokiihdyttimen. Toisin kuin perinteiset CPU:t tai laitteistot, jotka on sovellettu grafiikka- tai tekoälyarkkitehtuureista, suunnittelumme on alusta alkaen optimoitu FHE:n laskennan tarpeisiin. Koko pinon, laitteisto-ohjelmisto-yhdistelmän kautta olemme saaneet FHE-suorituskyvyn käytännölliseen yritysten käyttöön, lopulta saavuttaen turvallisuuden ja liiketoiminnan nopeuden tasapainon.

Mitkä ovat todelliset käyttötapaukset – erityisesti puolustus- ja rahoitusaloilla – jotka ovat valmiit hyödyntämään FHE:ää tänään?

Olemme jo nähneet selvän kysynnän puolustus- ja rahoitusaloilla, joissa tietojen suojaaminen ei ole vain toivottavaa, vaan se on tehtävän kannalta kriittistä. Tärkeä taistelukyky on monispektraalisen kuvan analyysi autonomisista lentokoneista (UAV), joita voidaan käyttää tietyn kemiallisen signaalin havaitsemiseen maisemassa. Kuitenkin kyseiset signaalit ovat usein arkaluontoisia: vihollinen, joka sieppaa UAV:n, voi poistaa nämä signaalit ja oppia sopeutumaan niihin, välttäen havaitsemisen. Laitekohtainen FHE voi taata, että nämä signaalit säilyvät turvassa, vaikka lentokone siepattaisiin.

Rahoitusaloilla FHE on muuntava ratkaisu. Se mahdollistaa yksityiset kyselyt pimeässä kaupankäynnissä, suojellen kaupankäyntistrategioita ja varmistamalla markkinoiden reiluuden. Lisäksi instituutiot voivat turvallisesti tehdä yhteistyötä petosten havaitsemisessa rajojen yli ilman, että paljastavat arkaluontoisia transaktiotietoja tai asiakastietoja. Tämä yhteistyö parantaa merkittävästi havaintokykyjä, paljastaen monimutkaisia instituutiorikoksia, rajojen ylittävien transaktioanomalioiden ja laittomien toimien kaltaisia kuin rahanpesu, pitäen samalla tiukasti kansainvälistä tietosuojasääntelyn mukaisuutta. Kyky jakaa oivalluksia ilman, että jaetaan raakaa dataa, ei ole vain hyödyllistä – se on välttämätöntä turvalliselle ja sääntelyn mukaiselle globaalille rahoitusjärjestelmälle.

Mitä tarkoittaa ”zero-math” tai yksityisyyttä suojaava laskenta, ja mikä on Niobiumin teknologian rooli siinä?

”Zero-math” yksityisyyttä suojaava laskenta tarkoittaa monimutkaisten salakirjaustoimintojen tekemistä läpinäkyviksi kehittäjille ja käyttäjille – he eivät tarvitse salakirjauksen tohtorin tutkintoa hyödyntääksesi teknologiaa. Se on kiitettävä tavoite, mutta totuus on, että FHE:n toteutus vaatii erityistä osaamista. Sen vuoksi Niobium ei pysähdy laitteistoon: olemme myös kehittämässä ohjelmistopinoja, jotka integroivat FHE:n saumattomasti olemassa oleviin työnkulkuihin. Olemme myös perustajajäseniä FHETCH:issa, avoimessa standardikonsortiumissa, joka pyrkii rakentamaan laitteiston ja ohjelmiston välisen yhteentoimintaa varten yhteensopivia rajapintoja, jotta FHE-laitteistokiihdyttimet ja ohjelmistokirjastot voivat toimia ilman mukautusta. Nämä ovat kriittisiä askelia kohti maailmaa, jossa käyttäjät voivat hyödyntää tätä seuraavan sukupolven teknologiaa ilman, että heidän tarvitsee tulla salakirjauksen asiantuntijoiksi itse.

Missä näet luvatuimmat läpimurrot FHE:n suorituskyvyn osalta tulevina vuosina?

Luvatuimmat läpimurrot tapahtuvat laitteistokiihdyttimissä, jotka on suunniteltu erityisesti FHE:lle. Perinteiset CPU:t ja GPU:t eivät ole suunniteltu FHE:n vaativiin, tarkkaan laskelmiin. Niobium Microsystemsissa olemme suunnitelleet laitteistomme käsittelyyn näitä laskelmia poikkeuksellisen tehokkaasti. Yhdistämällä erityisiä käännösoptimointeja, näemme useita kertoja suurempia suorituskyvyn parannuksia, jotka olivat ajateltavissa vain muutama vuosi sitten.

Miten FHE vertautuu muihin turvallisuuslähestymistapoihin, kuten luotettaviin suoritintyyppiin tai konfidentiaaliseen laskentaan, ja milloin se on selkeästi parempi vaihtoehto?

Luotettavat suoritintyypit (TEEs), joita kutsutaan toisinaan konfidentiaaliseksi laskennaksi, luottavat laitteiston eristysympäristöihin tietojen suojaamiseksi, mutta ne edellyttävät myös luottamusta laitteiston valmistajaan, eristysympäristöön ja järjestelmäohjelmistoon, ja ne käsittelevät tietoja salaamattomina. TEE-tekniikan “luottamuksen juuri” monimutkaisuus laskee TEE:t “hyvin hyväksi turvallisuudeksi”, ja useat tutkimukset vahvistavat tämän huolen. FHE poistaa luottamuksen kokonaan – tiedot eivät koskaan tarvitse purkamista, joten ei ole mitään arkaluontoista tietoa, jota voitaisiin vaarantaa. Kun ehdoton, matemaattisesti taattu turvallisuus on vaadittu, erityisesti säännellyissä aloilla, FHE on yleensä parempi valinta.

Miten olet minimoinut sivukanavien hyökkäysten riskiä Niobiumin suunnitelmissa?

Sivukanavien hyökkäykset hyödyntävät laitteiston tahattomia tietovuotoja. Tutkimukset osoittavat toistuvasti, että TEE:t ovat haavoittuvaisia tällaisille hyökkäyksille. Kuitenkin, jos ainoa käsiteltävä tieto on salattu, tietovuoto ei hyödytä hyökkääjää. Se ei ole sitä, että laitteistomme minimoi vuotoriskiä. Sen sijaan se on, että laitteistomme parantaa suorituskykyä ja tehokkuutta, erityisesti siksi, että se ei tarvitse huolehtia vuodosta.

Miten näet FHE-avaruuden standardointiponnistelujen kehittyvän, ja mitä Niobium on tekemässä varmistamaan yhdenmukaisuuden nousevien normien kanssa?

Standardointi on välttämätöntä omaksumiselle, ja osallistumme näihin ponnisteluihin teollisuusryhmien ja standardointielinten kanssa. Niobium Microsystems perusti äskettäin FHE Technical Consortium for Hardware (FHETCH):in yhdessä Chain Reactionin ja Optalysysin kanssa tarkoituksena ajaa yhteentoimintaa ja perustaa kaupallisesti toteuttamiskelpoisten FHE-ratkaisujen suorituskyvyn käytännön mittareita. FHETCH:n teknisen puheenjohtajana olen henkilökohtaisesti mukana muotoilemassa aloitteita, kuten kehittämässä rajapinnan abstraktiota, joka mahdollistaa FHE-laitteistokiihdyttimien ja ohjelmistokirjastojen välin saumattoman integroinnin. Olemme myös mukana FHE-yhteisön standardointiponnistelmissa, kuten homomorphicencryption.org:ssa. Nämä aloitteet varmistavat yhdenmukaisuuden ja yhteentoimintavalmiuden alusta alkaen, mikä on avainasia yrityksille, jotka haluavat turvata tulevaisuutensa turvallisuussijoituksensa. Rohkimme NISTiä standardoimaan FHE:n nopeasti, koska tiedätte, että NISTin kryptografiset standardit asettavat pohjan liittovaltion teknologiahankinnoille, tehden FIPS-vahvistuksen ennakkoedellytykseksi myymiseksi minkä tahansa kryptografisen tuotteen mille tahansa Yhdysvaltain hallituksen virastolle.

Mikä innoittaa sinua eniten siitä, mihin ala on menossa seuraavien vuosien aikana, ja mitä voimme odottaa Niobiumilta tulevaisuuden suunnitelmissa?

Se, mikä innoittaa minua eniten, on siirtymä teoreettisesta luvusta käytännön toteutukseen turvallista laskentaa yritysten mittakaavassa. Ensi vuosina odotan, että FHE-pilvipalvelut tulevat yhä yleisemmiksi, muuttaen tapaa, jolla organisaatiot lähestyvät tietoturvaansa. Niobium jatkaa tämän kehityksen johtamista – emme ainoastaan kehitä FHE-kiihdyttimien suorituskykyä, vaan laajennamme myös laajempaan Zero Trust Computing -ratkaisuihin, kuten nollatietoihin ja kryptografisesti verifioidaan laskentaan. Tämä yhdistelmä, joka takaa yhtäältä luottamuksen ja toisaalta eheyyden ja kieltäymyksen, puhuu suoraan siitä, miksi olen tässä asiassa: ratkaisemassa Brandeisin ja Brinin asettamaa arvoitusta. Odotkaa, että näette meiltä vielä voimakkaampia, monipuolisempia ja helpommin saatavilla olevia yksityisyyttä suojaavia teknologioita, jotka määrittelevät uudelleen, mitä yritykset pitävät mahdollisena turvallisen tietojen käsittelyssä.

Kiitos haastattelusta, lukijat, jotka haluavat oppia lisää, voivat vierailla Niobium Microsystems:issa.