Дэвид Арчер, технический директор Niobium Microsystems – Интервью

Доктор Арчер является техническим директором Niobium Microsystems и ведущим ученым в области криптографии и многопартийных вычислений в компании Galois, Inc., клиентами которой являются DARPA, NSA, IARPA и Министерство внутренней безопасности.

У него более 30 лет опыта исследований и разработок в области сложных ASIC, системного оборудования, 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 для нулевого доверия, представляя самые быстрые в отрасли аппаратные ускорители гомоморфного шифрования (FHE). Технологии компании позволяют организациям использовать данные, сохраняя их полностью зашифрованными, обеспечивая конфиденциальность и соблюдая нормативные требования. За счет повышения производительности FHE 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 противоречивые, конкретные влияния, оба достойные внимания: 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 нельзя 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 нецелесообразными в условиях киберпреступности, агрегаторов данных и злоупотреблений со стороны государств. Современная криптография, которая, например, может доказать факты, не раскрывая секретов, или делиться конфиденциальными данными, не раскрывая их, 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, не расшифровывая их. 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 раскрытия.

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

Исторически самой большой проблемой FHE была вычислительная эффективность – операции FHE были в тысячи до миллионов раз медленнее, чем обычные вычисления. Но в Niobium мы напрямую решаем эту проблему, создавая специальные аппаратные ускорители FHE. В отличие от традиционных ЦП или аппаратуры, адаптированной из графики или архитектур ИИ, наша конструкция оптимизирована для вычислительных потребностей FHE. Благодаря полному стеку аппаратного и программного кодизайна мы добились улучшений производительности в несколько порядков, которые были немыслимы всего несколько лет назад.

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 возможность – анализ многоспектральных изображений с помощью автономных самолетов (БПЛА), который может быть использован для обнаружения определенных химических сигнатур в ландшафте. Однако конкретные сигнатуры, представляющие интерес, часто являются конфиденциальными: если противник захватит БПЛА, он может извлечь эти сигнатуры и узнать, как адаптироваться к ним, избегая обнаружения. Аппаратное обеспечение FHE на борту может гарантировать, что эти сигнатуры остаются безопасными даже в случае захвата самолета.

В финансовой сфере FHE является трансформационным решением. Оно позволяет выполнять частные запросы в торговле в темных пулах, защищая торговые стратегии и обеспечивая справедливость рынка. Кроме того, учреждения могут безопасно сотрудничать в обнаружении мошенничества через границы, не раскрывая конфиденциальных данных о транзакциях или личности клиентов. Этот совместный подход значительно улучшает возможности обнаружения, раскрывая сложные схемы мошенничества, аномалии транзакций через границы и закономерности незаконной деятельности, таких как отмывание денег, при этом соблюдая строгие требования международных правил защиты данных. Способность делиться идеями без раскрытия сырых данных не только полезна, но и необходима для безопасной и соответствующей глобальной финансовой экосистемы.

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

“Нулевая математика” сохраняет конфиденциальность при вычислениях, что означает, что сложные криптографические операции становятся прозрачными для разработчиков и пользователей – им не нужно докторская степень по криптографии, чтобы использовать эту технологию. Это похвальная цель, но правда в том, что реализация FHE действительно требует специализированных знаний. Поэтому Niobium не останавливается на аппаратном обеспечении: мы также строим программные стеки для бесшовной интеграции FHE в существующие рабочие процессы. Мы также являемся основателями консорциума FHETCH, открытого стандарта, работающего над созданием кросс-платформенных API, чтобы аппаратное и программное обеспечение FHE могли взаимодействовать без настройки. Эти критические шаги на пути к миру, где пользователи могут извлечь выгоду из этой следующей технологии без необходимости становления экспертами в области криптографии.

Гомоморфное шифрование имеет репутацию вычислительно дорогого. Где вы видите наиболее перспективные прорывы в производительности?

Наиболее перспективные прорывы происходят в аппаратных ускорителях, специально разработанных для FHE. Традиционные ЦП и ГП не предназначены для сложных, высокоточных арифметических операций, которые требует FHE. В Niobium мы специально разработали наши конструкции для обработки этих вычислений с беспрецедентной эффективностью. В сочетании с нашими специализированными оптимизациями компилятора мы наблюдаем 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 (TEE), иногда называемые конфиденциальными вычислениями, полагаются на аппаратные анклавы для защиты данных, но они все равно требуют доверия к поставщику оборудования, анклаву и системному программному обеспечению, и они все равно обрабатывают данные без шифрования. 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 неумышленные утечки информации из оборудования. Исследования показывают 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 наше оборудование минимизирует риск утечки. Вместо этого это означает, что наше оборудование максимизирует производительность и эффективность, особенно потому что оно не нужно беспокоиться об 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), вместе с Chain Reaction и Optalysys, именно для того, чтобы стимулировать совместимость и установить практические стандарты 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 устанавливают сцену для федеральных государственных закупок технологий, эффективно делая проверку FIPS предварительным условием для продажи любых криптографических продуктов любому государственному агентству США.

Что вас больше всего вдохновляет на том, куда движется эта область в течение следующих нескольких 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 течение следующих нескольких лет я ожидаю, что облачные сервисы FHE станут все более распространенными, преобразуя способ, которым организации подходят к безопасности данных. Niobium будет продолжать лидировать в этом направлении – мы не только продвигаем производительность наших аппаратных ускорителей FHE, но и расширяемся в более широкие решения для нулевого доверия, такие как нулевые знания и криптографически проверяемые вычисления. Это сочетание гарантирует конфиденциальность с одной стороны и гарантирует целостность и необратимость с другой, что говорит напрямую о том, почему я участвую в этом усилии: решая задачу, поставленную Брандейсом и Брином. Ожидайте увидеть еще более мощные, универсальные и доступные технологии сохранения конфиденциальности от нас, переопределяя то, что предприятия считают возможным в безопасной обработке данных.

Спасибо за отличное интервью, читатели, которые хотят узнать больше, должны посетить Niobium Microsystems.