戴维·阿彻，Niobium Microsystems 首席技术官 – 采访系列

阿彻博士 是 Niobium Microsystems 的首席技术官，也是 Galois, Inc. 的首席科学家，领导密码学和多方计算的工作，客户包括 DARPA、NSA、IARPA 和国土安全部。

他在复杂的 ASIC、系统硬件、软件架构、安全计算和密码学方面拥有超过 30 年的研发经验。

阿彻博士拥有波特兰州立大学的计算机科学博士学位、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的电气工程硕士学位和计算机工程学士学位。

Niobium Microsystems 是零信任计算解决方案的先驱，拥有业界最快的同态加密（FHE）硬件加速器。该公司的技术使组织能够在数据完全加密的情况下利用数据的价值，同时确保敏感信息保持私密并支持法规遵从性。通过将 FHE 性能提升到前所未有的水平，Niobium Microsystems 使得具有数学保证的隐私的新一代机器学习和统计分析应用成为可能。

您拥有令人难以置信的学术和职业经历。是否有一个特定的时刻或影响使您致力于密码学事业？

我会说这是两个相互矛盾的具体影响，两者都值得一读：《隐私权》由沃伦和布兰迪斯撰写，以及《透明社会》由布林撰写。前者强调了被让 alone 的权利，认为法律应该保护人们免受侵入性技术的侵害。后者认为相反：这些侵入性技术是无法避免的，我们会失败，因为当我们试图让使用它们的强大少数人失明时，法律会阻止我们看到他们。面对网络犯罪、数据聚合器和国家滥用，两种观点似乎都不切实际。现代密码学，例如，可以证明事实而不泄露秘密，或者共享敏感数据而不泄露它，在找到可行的解决方案方面发挥着重要作用。

对于不熟悉的人，您如何解释全同态加密（FHE），以及为什么它是数据隐私的游戏规则改变者？

全同态加密（FHE）是一种密码技术，允许您在不解密的情况下对加密数据执行计算。想象一下您将一个锁定的盒子交给某人——他们可以在不打开盒子的情况下操作盒子里的内容，然后只有您才能解锁结果。使用 FHE，数据在存储、传输和计算过程中保持加密。这是一个革命性的变化：它从数学上保证敏感数据保持不透明。没有更多的泄漏，没有更多的暴露。

FHE 在企业 AI 应用中面临的最大挑战是什么，Niobium 如何解决这些挑战？

历史上，FHE 最大的挑战是计算效率——FHE 操作比常规计算慢了数千到数万倍。但在 Niobium，我们通过构建专用 FHE 硬件加速器来解决这个问题。与传统的 CPU 或从图形或 AI 架构改编的硬件不同，我们的设计是从头开始针对 FHE 的计算需求进行优化的。通过全栈硬件软件协同设计方法，我们将 FHE 性能带入了实际企业使用的领域，终于使安全性与业务速度保持一致。

您认为哪些现实世界的用例，特别是在国防或金融领域，今天最能从 FHE 中受益？

我们已经在国防和金融领域看到明显的需求，在这些领域，保护数据不仅是理想的，而且是任务关键的。一个重要的作战能力是来自自主飞机（UAV）的多光谱图像分析，这可能用于检测景观中的特定化学信号。然而，感兴趣的特定信号通常是敏感的：如果对手捕获了飞机，他们可以提取这些信号并学会如何适应它们，从而避免被检测。机载 FHE 可以确保这些信号即使在飞机被捕获的情况下也保持安全。

在金融领域，FHE 是一种变革性的解决方案。它使私人查询在暗池交易中成为可能，保护交易策略并确保市场公平。此外，机构可以在不泄露敏感交易数据或客户身份的情况下跨境安全地合作以检测欺诈。这种合作方法显著提高了检测能力，揭示了复杂的机构欺诈计划、跨境交易异常和非法活动模式，例如洗钱，同时保持与国际数据保护法规的严格遵从性。共享洞察而不共享原始数据不仅有益——对于安全和合规的全球金融生态系统来说，它是必不可少的。

“零数学”或隐私保护计算的概念是什么，您如何定义它，Niobium 的技术栈中发挥什么作用？

“零数学”隐私保护计算指的是使复杂的密码操作对开发人员和用户透明——他们不需要密码学博士学位来利用这种技术。这是一个值得称赞的目标，但事实是 FHE 实现确实需要专门的知识。因此，Niobium 不仅仅关注硬件：我们还在构建软件堆栈，以便无缝地将 FHE 集成到现有的工作流中。我们也是 FHETCH 的创始成员，FHETCH 是一个开放标准的协会，旨在建立跨平台 API，以便 FHE 硬件和软件可以在没有定制的情况下相互操作。这些是走向用户可以在不成为密码学专家的情况下利用下一代技术的世界的关键步骤。

您认为 FHE 性能的最有前途的突破来自哪里？

最有前途的突破发生在专门为 FHE 定制的硬件加速器中。传统的 CPU 和 GPU 不适合 FHE 所需的复杂、精确的算术。在 Niobium，我们专门设计了我们的设计，以处理这些计算，具有前所未有的效率。结合我们的专用编译器优化，我们正在看到几何级的性能改进，这些改进几年前是不可想象的。

与信任执行环境或保密计算相比，FHE 有什么优势，什么时候它是更好的选择？

信任执行环境（TEEs），有时称为保密计算，依赖于硬件隔离区来保护数据，但它们仍然需要对硬件供应商、隔离区和系统软件有信任，并且仍然以明文处理数据。这种“根信任”的复杂性降低了 TEEs 到“相当好的安全性”，大量研究证实了这种担忧。FHE 从等式中完全消除了信任——不需要解密，因此没有敏感数据需要泄露。每当绝对、数学保证的安全性是必需的，特别是在严格监管的行业中，FHE 是更好的选择。

您采取了什么措施来最小化 Niobium 设计中的侧通道攻击风险？

侧通道攻击利用硬件中未经意的信息泄漏。研究一次又一次地表明，TEEs容易受到这种类型的攻击。然而，如果您操作的唯一信息是加密的，那么泄漏它就不会让对手受益。我们的硬件不仅仅是最小化泄漏风险——它最大限度地提高了性能和效率，特别是因为它不需要担心泄漏。

您如何看待 FHE 领域的标准化工作的演变，Niobium 将如何确保与新兴标准的兼容性？

标准化对于采用至关重要，我们正在通过与行业集团和标准组织的合作积极参与这些工作。Niobium 最近与 Chain Reaction 和 Optalysys 共同创立了 FHE 技术协会（FHETCH），旨在推动互操作性并为商业可行的 FHE 解决方案建立实际性能基准。作为 FHETCH 的技术联合主席，我亲自参与了诸如开发 API 抽象层的计划，以实现不同 FHE 硬件加速器和软件库之间的无缝集成。我们还参与了 FHE 社区标准化工作，例如 homomorphicencryption.org。这些主动努力有助于确保从一开始就保持兼容性和互操作性，这对于希望未来证明其安全投资的企业来说至关重要。我们鼓励 NIST 快速标准化 FHE，因为正如您所知，NIST 加密标准为联邦政府技术采购设定了标准，有效地使 FIPS 验证成为向任何美国政府机构出售任何加密产品的先决条件。

在接下来的几年里，您最期待的是什么，Niobium 的发展路线图上会有什么？

我最期待的是从理论上的承诺到大规模企业安全计算的实际实施的转变。在接下来的几年里，我预计 FHE 云服务将变得越来越普遍，改变组织处理数据安全的方式。Niobium 将继续引领这一潮流——我们不仅在提高 FHE 加速器的性能，还在扩展到更广泛的零信任计算解决方案，例如零知识证明和密码学可验证计算。这一手同时确保保密性和完整性，直接解决了布兰迪斯和布林提出的难题。我期待看到更多强大、多功能和易于使用的隐私保护技术，从而重新定义企业在安全数据处理方面的可能性。感谢您这次精彩的采访，希望读者能够通过访问 Niobium Microsystems 了解更多信息。