David Archer, CTO, Niobium Microsystems – Wywiad

Dr. Archer jest CTO Niobium Microsystems i Principal Scientist prowadzącym prace nad kryptografią i obliczeniami wielopartyjnymi w Galois, Inc., którego klientami są DARPA, NSA, IARPA i Departament Bezpieczeństwa Krajowego.

Ma ponad 30 lat doświadczenia w badaniach i rozwoju w dziedzinie złożonych układów ASIC, sprzętu systemowego, architektur oprogramowania, obliczeń bezpiecznych i kryptografii.

Dr. Archer posiada tytuł doktora nauk komputerowych na Portland State University, magistra inżynierii elektrycznej oraz tytuł licencjata inżynierii komputerowej na University of Illinois at Urbana-Champaign.

Niobium Microsystems jest pionierem w dziedzinie rozwiązań Zero Trust Computing, oferując najszybsze na świecie przyspieszacze sprzętowe do homomorficznego szyfrowania (FHE). Technologie firmy umożliwiają organizacjom wykorzystanie danych, jednocześnie zachowując ich pełne szyfrowanie, co gwarantuje, że informacje wrażliwe pozostaną prywatne i będą wspierać przestrzeganie przepisów. Poprzez podniesienie wydajności FHE do niezwykłego poziomu, Niobium Microsystems umożliwia nowe pokolenie aplikacji analitycznych i statystycznych z matematycznie gwarantowaną prywatnością.

Miałeś niesamowitą karierę akademicką i zawodową. Czy był jakiś konkretny moment lub wpływ, który skłonił Cię do poświęcenia swojej kariery kryptografii?

Powiem, że to dwa sprzeczne, konkretny wpływy, oba warte przeczytania: Prawo do prywatności autorstwa Warrena i Brandeisa oraz Przezroczyste społeczeństwo autorstwa Brina. Pierwsze podkreśla prawo do bycia pozostawionym w spokoju, argumentując, że prawo powinno chronić ludzi przed inwazyjnymi technologiami. Drugie głosi coś przeciwnego: te inwazyjne technologie nie mogą być uniknięte, a my zawodzimy, gdy próbujemy ich zignorować, ponieważ prawo uniemożliwia nam ich zobaczenie. Coraz bardziej, oba punkty widzenia wydają się niepraktyczne w obliczu przestępczości cybernetycznej, agregatorów danych i nadużyć państw. Nowoczesna kryptografia, która na przykład może udowodnić fakty bez ujawniania tajemnic, lub udostępnić wrażliwe dane bez ich ujawniania, ma ważne role do odegrania w praktycznym rozwiązaniu.

Dla tych, którzy nie są zaznajomieni, jak byś wyjaśnił Pełne Homomorficzne Szyfrowanie i co sprawia, że jest to taki przełom w dziedzinie prywatności danych?

Pełne Homomorficzne Szyfrowanie, lub FHE, to technologia kryptograficzna, która pozwala na wykonywanie obliczeń na zaszyfrowanych danych bez ich odszyfrowywania. Wyobraź sobie, że podajesz zamkniętą skrzynkę komuś – mogą oni manipulować tym, co jest w środku skrzynki, bez jej otwierania, a potem tylko ty możesz odblokować wynik. Z FHE dane pozostają zaszyfrowane podczas przechowywania, transmisji i obliczeń. To rewolucyjne: matematycznie gwarantuje, że wrażliwe dane pozostają nieprzezroczyste. Nie ma już wycieków, nie ma już narażenia.

Jakie są największe wyzwania w uczynieniu FHE praktycznym dla aplikacji AI w przedsiębiorstwach, i jak Niobium Microsystems rozwiązuje te wyzwania?

Historycznie, największym wyzwaniem FHE było wydajność obliczeniowa – operacje FHE były tysiące do milionów razy wolniejsze niż zwykłe obliczenia. Ale w Niobium Microsystems, podejmujemy to wyzwanie, budując specjalistyczne przyspieszacze sprzętowe FHE. W przeciwieństwie do tradycyjnych procesorów lub sprzętu dostosowanego do architektur graficznych lub AI, nasz projekt jest zoptymalizowany od podstaw pod kątem potrzeb obliczeniowych FHE. Poprzez pełne, sprzętowo-programowe podejście do współprojektowania, przynieśliśmy wydajność FHE do sfery praktycznego zastosowania w przedsiębiorstwach, w końcu łącząc bezpieczeństwo z szybkością biznesu.

Jakie rodzaje przypadków użycia w świecie rzeczywistym – szczególnie w obronie czy finansach – uważasz, że są najbardziej gotowe do skorzystania z FHE dzisiaj?

Już widzimy wyraźne zapotrzebowanie w obronie i finansach, gdzie ochrona danych nie jest tylko pożądana, ale misyjnie ważna. Ważną możliwością walki jest analiza obrazów wielospektralnych z samolotów bezzałogowych (UAV), które mogą być używane do wykrywania konkretnych sygnatur chemicznych w krajobrazie. Niemniej jednak, konkretny sygnał zainteresowania jest często wrażliwy: jeśli przeciwnik przechwyci UAV, mogą oni wydobyć te sygnatury i nauczyć się, jak się do nich dostosować, unikając wykrycia. FHE na pokładzie może zagwarantować, że te sygnatury pozostaną bezpieczne nawet w przypadku przechwycenia samolotu.

W finansach, FHE jest rozwiązaniem przełomowym. Umożliwia prywatne zapytania w handlu dark pool, zabezpieczając strategie handlowe i zapewniając uczciwość rynku. Ponadto, instytucje mogą bezpiecznie współpracować nad wykrywaniem oszustw na granicach, bez ujawniania wrażliwych danych transakcyjnych lub tożsamości klientów. Ten współpracy znacznie zwiększa możliwości wykrywania, ujawniając złożone oszustwa instytucjonalne, anomalie transakcyjne i wzorce nielegalnej działalności, takiej jak pranie pieniędzy, wszystko to przy zachowaniu ścisłej zgodności z międzynarodowymi przepisami o ochronie danych. Możliwość udostępniania informacji bez udostępniania surowych danych nie jest tylko korzystna – jest niezbędna dla bezpiecznego i zgodnego ze standardami globalnego systemu finansowego.

Istnieje wiele mówienia o „zero-math” lub obliczeniach z zachowaniem prywatności. Jak definiujesz to, i jaka jest rola Niobium Microsystems w tym?

„Zero-math” obliczenia z zachowaniem prywatności odnoszą się do uczynienia złożonych operacji kryptograficznych przezroczystymi dla deweloperów i użytkowników – nie muszą oni mieć doktoratu z kryptografii, aby wykorzystać tę technologię. To jest godny cel, ale prawda jest taka, że wdrożenie FHE wymaga specjalistycznej wiedzy. Dlatego Niobium Microsystems nie poprzestaje na sprzęcie: budujemy również stosy oprogramowania, aby bezproblemowo zintegrować FHE z istniejącymi procesami roboczymi. Jesteśmy również członkami założycielami konsorcjum FHETCH, które pracuje nad budową interfejsów API, umożliwiających współpracę między różnymi przyspieszaczami sprzętowymi FHE i bibliotekami oprogramowania. Te starania są kluczowe na drodze do świata, w którym użytkownicy mogą korzystać z tej następnej generacji technologii bez konieczności stania się ekspertami w dziedzinie kryptografii.

Homomorficzne szyfrowanie ma reputację być obliczeniowo kosztowne. Gdzie widzisz najbardziej obiecujące przełomy w wydajności?

Najbardziej obiecujące przełomy zachodzą w dziedzinie przyspieszania sprzętowego dostosowanego specjalnie do FHE. Tradycyjne procesory i GPU nie są zaprojektowane do złożonych, wysokoprecyzyjnych obliczeń, jakich wymaga FHE. W Niobium Microsystems, specjalnie zaprojektowaliśmy nasze konstrukcje, aby obsłużyć te obliczenia z niezwykłą wydajnością. W połączeniu z naszymi specjalistycznymi optymalizacjami kompilatora, widzimy polepszenia wydajności o kilka rzędów wielkości, które były nie do pomyślenia kilka lat temu.

Niektóre podejścia do bezpieczeństwa wykorzystują środowiska wykonawcze zaufane lub obliczenia poufne. Jak FHE porównuje się do tych rozwiązań, i kiedy jest lepszym wyborem?

Środowiska wykonawcze zaufane (TEEs), czasem nazywane obliczeniami poufnymi, polegają na enklawach sprzętowych, aby chronić dane, ale nadal wymagają zaufania do dostawcy sprzętu, enklawy i oprogramowania systemowego, i nadal przetwarzają dane w postaci odszyfrowanej. Złożoność tego „korzenia zaufania” redukuje TEE do „dość dobrej” bezpieczeństwa, a wiele badań potwierdza ten problem. FHE usuwa zaufanie całkowicie z równania – nie ma potrzeby odszyfrowywania danych, więc nie ma wrażliwych danych do naruszenia. Gdyż absolutne, matematycznie gwarantowane bezpieczeństwo jest wymagane, szczególnie w branżach silnie uregulowanych, FHE jest lepszym wyborem.

Ataki boczne są problemem, gdy pracuje się z wrażliwymi danymi na poziomie sprzętu. Jakie kroki podjęto, aby zminimalizować te ryzyka w projektach Niobium Microsystems?

Ataki boczne wykorzystują niezamierzone wycieki informacji z sprzętu. Badania pokazują, że TEE są podatne na ten rodzaj ataku. Niemniej jednak, jeśli jedyną informacją, której używa się, są dane zaszyfrowane, to wyciek tej informacji nie przynosi korzyści przeciwnikowi. Nie jest tak, że nasz sprzęt minimalizuje ryzyko wycieku. Zamiast tego, nasz sprzęt maksymalizuje wydajność i efektywność, szczególnie ponieważ nie musi się martwić o wyciek.

Jak widzisz ewolucję wysiłków standaryzacyjnych w dziedzinie FHE, i co robi Niobium Microsystems, aby zapewnić zgodność z normami, które się pojawiają?

Standaryzacja jest kluczowa dla przyjęcia, i aktywnie uczestniczymy w tych wysiłkach poprzez współpracę z grupami branżowymi i organami standaryzacyjnymi. Niobium Microsystems niedawno współzałożyło Konsorcjum Techniczne FHE dla Sprzętu (FHETCH), obok Chain Reaction i Optalysys, aby właśnie napędzać interoperacyjność i ustalać praktyczne wskaźniki wydajności dla komercyjnych rozwiązań FHE. Jako Współprzewodniczący Techniczny FHETCH, jestem osobiście zaangażowany w kształtowanie inicjatyw, takich jak rozwój warstwy abstrakcji API, umożliwiającej bezproblemową integrację między różnymi przyspieszaczami sprzętowymi FHE i bibliotekami oprogramowania. Uczestniczymy również w wysiłkach standaryzacyjnych społeczności FHE, takich jak homomorphicencryption.org. Te proaktywne wysiłki pomagają zapewnić zgodność i interoperacyjność od samego początku, co jest kluczowe dla przedsiębiorstw, które chcą zabezpieczyć swoje inwestycje w bezpieczeństwo. Zachęcamy NIST do standaryzacji FHE szybko, ponieważ, jak wiadomo, standardy kryptograficzne NIST ustalają scenę dla zakupów technologii przez rząd federalny, skutecznie czyniąc walidację FIPS wymogiem dla sprzedaży jakichkolwiek produktów kryptograficznych do jakichkolwiek agencji rządowych USA.

Co najbardziej cieszy Cię w kierunku, w którym zmierza ta dziedzina w ciągu najbliższych kilku lat, i co możemy oczekiwać od Niobium Microsystems na drodze do przodu?

Co najbardziej cieszy mnie, to zmiana od teoretycznej obietnicy do praktycznej implementacji bezpiecznych obliczeń w skali przedsiębiorstw. W ciągu najbliższych kilku lat, spodziewam się, że usługi chmurowe FHE staną się coraz bardziej powszechne, transformując sposób, w jaki organizacje podchodzą do bezpieczeństwa danych. Niobium Microsystems będzie nadal prowadzić tę zmianę – nie tylko poprawiamy wydajność naszych przyspieszacji FHE, ale również rozszerzamy się na szersze rozwiązania Zero Trust Computing, takie jak dowody zero-wiedzy i obliczenia kryptograficznie weryfikowalne. To połączenie gwarantowania poufności z jednej strony, a integralności i nieodwołalności z drugiej, mówi bezpośrednio o tym, dlaczego jestem zaangażowany w tę inicjatywę: rozwiązywanie dylematu postawionego przez Brandeisa i Brina. Oczekuj więcej potężnych, wszechstronnych i dostępnych technologii z zachowaniem prywatności od nas, które będą zmieniać to, co przedsiębiorstwa uważają za możliwe w bezpiecznym obchodzeniu się z danymi.

Dziękuję za wspaniały wywiad, czytelnicy, którzy chcą dowiedzieć się więcej, powinni odwiedzić Niobium Microsystems.