Дэвид Арчер, CTO, Niobium Microsystems – Интервью

Доктор Арчер является техническим директором Niobium Microsystems и главным ученым, ведущим криптографию и многопартийные вычисления в Galois, Inc., чьи клиенты включают DARPA, NSA, IARPA и Министерство внутренней безопасности.

У него более 30 лет опыта исследований и разработок в области сложных ASIC, системного аппаратного обеспечения, программных архитектур, безопасных вычислений и криптографии.

Доктор Арчер имеет степень доктора философии в области компьютерных наук в Университете штата Портленд, степень магистра в области электротехники и степень бакалавра в области компьютерной инженерии в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне.

Niobium Microsystems является пионером в области решений Zero Trust Computing, оснащенных самым быстрым в отрасли аппаратным ускорителем гомоморфного шифрования (FHE). Технологии компании позволяют организациям использовать данные, сохраняя их полностью зашифрованными, гарантируя, что конфиденциальная информация остается частной и поддерживает соблюдение нормативных требований. Расширяя возможности FHE до беспрецедентных уровней, Niobium Microsystems делает возможным новое поколение приложений машинного обучения и статистического анализа с математически гарантированной конфиденциальностью.

У вас было невероятное академическое и профессиональное путешествие. Был ли какой-то конкретный момент или влияние, которое привело вас к посвящению вашей карьеры криптографии?

Я бы сказал, что это две конкретные, но противоречивые влияния, оба достойные прочтения: Право на неприкосновенность частной жизни Уоррена и Брандейса и Прозрачное общество Брина. Первое подчеркивает право быть оставленным в покое, утверждая, что закон должен защищать людей от вторгающихся технологий. Второе утверждает обратное: эти вторгающиеся технологии невозможно избежать, и мы терпим неудачу, когда пытаемся ослепить могущественных немногих, кто использует их, потому что закон препятствует нам видеть их. Все чаще обе точки зрения кажутся нереалистичными в условиях киберпреступности, агрегаторов данных и злоупотреблений со стороны государств. Современная криптография, которая, например, может доказать факты, не раскрывая секретов, или обмениваться конфиденциальными данными без их раскрытия, играет важную роль в поиске рабочего решения.

Для тех, кто не знаком, как бы вы объяснили Полностью Гомоморфное Шифрование и что делает его таким прорывом для конфиденциальности данных?

Полностью Гомоморфное Шифрование, или FHE, представляет собой криптографическую технологию, которая позволяет выполнять вычисления на зашифрованных данных без их расшифровки. Представьте, что вы передаете запертую коробку кому-то – они могут манипулировать содержимым коробки, не открывая ее, и только вы сможете открыть результат. С FHE данные остаются зашифрованными во время хранения, передачи и вычислений. Это революционно: оно математически гарантирует, что конфиденциальные данные остаются непрозрачными. Больше нет утечек, нет больше раскрытия.

Каковы самые большие проблемы в том, чтобы сделать FHE практичным для корпоративных приложений ИИ, и как Niobium решает эти проблемы?

Исторически самой большой проблемой FHE была вычислительная эффективность – операции FHE были в тысячи или миллионы раз медленнее, чем обычные вычисления. Но в Niobium мы решаем эту проблему, создавая специализированные аппаратные ускорители FHE. В отличие от традиционных ЦП или аппаратуры, адаптированной из графических или ИИ-архитектур, наш дизайн оптимизирован с нуля для вычислительных потребностей FHE. Благодаря полному стеку, программно-аппаратному ко-дизайну мы привели производительность FHE в область практического корпоративного использования, наконец-то согласовав безопасность с скоростью бизнеса.

Какие реальные случаи использования – особенно в области обороны или финансов – вы считаете наиболее готовыми к получению выгоды от FHE сегодня?

Мы уже видим явный спрос в области обороны и финансов, где защита данных не только желательна, но и критически важна. Важная военная способность – это анализ многоспектральных изображений с помощью автономных самолетов (БПЛА), который может быть использован для обнаружения определенных химических сигнатур в ландшафте. Однако конкретные сигнатуры интереса часто являются конфиденциальными: если противник захватит БПЛА, он может извлечь эти сигнатуры и узнать, как адаптироваться к ним, избегая обнаружения. Аппаратное FHE на борту может гарантировать, что эти сигнатуры остаются в безопасности даже в случае захвата самолета.

В финансовой сфере FHE является трансформационным решением. Оно позволяет выполнять частные запросы в торговле в темных бассейнах, защищая торговые стратегии и гарантируя справедливость рынка. Кроме того, учреждения могут безопасно сотрудничать в обнаружении мошенничества через границы без раскрытия конфиденциальных транзакционных данных или идентификаторов клиентов. Этот совместный подход значительно повышает возможности обнаружения, раскрывая сложные схемы мошенничества, аномалии транзакций и закономерности незаконной деятельности, такие как отмывание денег, все это при сохранении строгого соблюдения международных правил защиты данных. Способность делиться идеями без обмена сырыми данными не только полезна – она необходима для безопасной и соответствующей глобальной финансовой экосистемы.

Было много разговоров о “ноль-мате” или сохранении конфиденциальности при вычислениях. Как вы определяете это, и какую роль играет Niobium в технологическом стеке?

“Ноль-мат” сохранение конфиденциальности при вычислениях означает сделать сложные криптографические операции прозрачными для разработчиков и пользователей – им не нужно докторская степень в области криптографии, чтобы использовать эту технологию. Это похвальная цель, но правда в том, что реализация FHE требует специализированных знаний. Поэтому Niobium не останавливается на аппаратуре: мы также строим программные стеки для бесшовной интеграции FHE в существующие рабочие процессы. Мы также являемся основателями FHETCH, консорциума открытых стандартов, работающего над созданием кросс-платформенных API, чтобы аппаратура и программное обеспечение FHE могли взаимодействовать без настройки. Эти шаги являются важными на пути к миру, где пользователи могут использовать эту технологию следующего поколения без необходимости становиться экспертами в области криптографии.

Гомоморфное шифрование имеет репутацию вычислительно дорогого. Откуда вы ожидаете наиболее перспективных прорывов в производительности?

Самые перспективные прорывы происходят в аппаратном ускорении, специально разработанном для FHE. Традиционные ЦП и ГП просто не предназначены для сложной, высокоточной арифметики, которую требует FHE. В Niobium мы специально разработали наши конструкции для обработки этих вычислений с беспрецедентной эффективностью. В сочетании с нашими специализированными оптимизациями компилятора мы видим улучшения производительности в несколько порядков, которые были немыслимы всего несколько лет назад.

Некоторые подходы к безопасности используют доверенные среды выполнения или конфиденциальные вычисления. Как FHE сравнивается с ними, и когда это явно лучший вариант?

Доверенные среды выполнения (TEEs), иногда называемые конфиденциальными вычислениями, полагаются на аппаратные анклавы для защиты данных, но они все равно требуют доверия к производителю аппаратуры, анклаву и системному программному обеспечению, и они все равно обрабатывают данные в незашифрованном виде. Сложность этой “корня доверия” снижает TEE до “довольно хорошей безопасности”, и большое количество исследований подтверждает эту обеспокоенность. FHE удаляет доверие полностью из уравнения – никакие данные никогда не нужно расшифровывать, поэтому нет конфиденциальных данных, которые можно было бы скомпрометировать. Когда абсолютная, математически гарантированная безопасность требуется, особенно в высокорегулируемых отраслях, FHE является лучшим выбором.

Атаки по сторонним каналам являются проблемой при работе с конфиденциальными данными на аппаратном уровне. Какие шаги вы предприняли, чтобы минимизировать эти риски в конструкциях Niobium?

Атаки по сторонним каналам используют непреднамеренные утечки информации из аппаратуры. Исследования демонстрируют снова и снова, что TEE уязвимы для этого типа атаки. Однако, если единственная информация, с которой вы работаете, зашифрована, то утечка ее не приносит пользы противнику. Это не означает, что наша аппаратура минимизирует риск утечки. Вместо этого это означает, что наша аппаратура максимизирует производительность и эффективность, особенно потому что она не беспокоится о утечке.

Как вы видите эволюцию усилий по стандартизации в области FHE, и что делает Niobium, чтобы обеспечить совместимость с возникающими нормами?

Стандартизация имеет решающее значение для принятия, и мы активно участвуем в этих усилиях через сотрудничество с промышленными группами и организациями по стандартизации. Niobium недавно стал сооснователем FHE Technical Consortium for Hardware (FHETCH), наряду с Chain Reaction и Optalysys, именно для того, чтобы стимулировать взаимодействие и установить практические показатели производительности для коммерчески жизнеспособных решений FHE. Как технический сопредседатель FHETCH, я лично участвую в формировании инициатив, таких как разработка абстрактного слоя API, который позволяет бесшовно интегрировать различные аппаратные ускорители FHE и программные библиотеки. Мы также участвуем в усилиях по стандартизации FHE, таких как homomorphicencryption.org. Эти активные усилия помогают обеспечить совместимость и взаимодействие с самого начала, что является ключом для предприятий, стремящихся к будущей безопасности инвестиций. Мы призываем NIST стандартизировать FHE быстро, потому что, как вы знаете, стандарты криптографии NIST задают сцену для федеральных государственных технологических закупок, эффективно делая проверку FIPS предварительным условием для продажи любых криптографических продуктов любому государственному агентству США.

Что вас больше всего вдохновляет на то, куда движется область в ближайшие несколько лет, и что мы можем ожидать от Niobium на пути вперед?

Что меня больше всего вдохновляет, так это переход от теоретического обещания к практической реализации безопасных вычислений в масштабе предприятия. В ближайшие годы я ожидаю, что услуги FHE в облаке станут все более распространенными, преобразуя то, как организации подходят к безопасности данных. Niobium будет продолжать лидировать в этом направлении – мы не только продвигаем производительность нашего аппаратного ускорителя FHE, но также расширяемся в более широкие решения Zero Trust Computing, такие как нулевые знания и криптографически проверяемые вычисления. Это сочетание гарантий конфиденциальности с одной стороны и гарантий целостности и недопустимости с другой стороны говорит напрямую о том, почему я участвую в этом усилии: решении дилеммы, поставленной Брандейсом и Брином. Ожидайте увидеть еще более мощные, универсальные и доступные технологии сохранения конфиденциальности от нас, переопределяющие то, что предприятия считают возможным в обработке данных.

Спасибо за отличное интервью. Читателям, которые хотят узнать больше, следует посетить Niobium Microsystems.