文章学习:基于AVX-512指令集的同态加密算法中大整数运算性能优化与突破

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小编点评

**同态加密算法中大整数运算性能优化与突破文章人工智能的安全隐患ChatGPT的成功大部分来源于海量数据支撑和丰富的数据维度** 同态加密技术通过在不接触原始数据的情况下,实现对数据的应用,为保护数据隐私安全。由于同态加密的效率问题,传统同态加密算法在实际应用中难以突破瓶颈。 **英特尔×同态科技** 英特尔再次提升算法计算性能SIMD技术通过对一组数据向量中的每个元素同时执行相同的操作,实现空间上的并行性。在算法优化的基础上,大整数运算是“同态构型”算法中,性能提升的一大环节。 **同态构型算法** 同态构型算法利用离线状态下常数次(最优时一次)单向陷门J置换,在线状态下仅包含加法、乘法的对称全同态映射,实现密文域上高效的隐私计算。 **同态科技的优势** 同态加密技术可以解决传统同态加密算法在数据安全和性能之间取得平衡的问题,同时可以实现数据在收集、传输、分析、计算等处理活动中的动态安全。

正文

学习文章:英特尔×同态科技 | 基于AVX-512指令集的同态加密算法中大整数运算性能优化与突破

文章

人工智能的安全隐患

ChatGPT的成功大部分来源于海量的数据支撑和丰富的数据维度,基于13亿参数量的庞大模型,随着用户的不断涌入,ChatGPT不断迭代进化新的“知识”,而在模型表达能力的增强之外,同时也带来了难以忽视的安全风险。除了模型本身可能存在的投毒风险,隐私数据泄露导致的数据重构等风险,都可能造成一定的社会及经济损失。

数据安全共享解决方案

在数字经济迅速发展的大背景下,如何能够利用安全、合规、有序的数据流通和共享手段,将本地数据共享给人工智能平台进行联合训练?

为提升模型学习与决策能力,隐私计算技术能够在保护数据本身不泄露的前提下,能够较好解决数据在收集、传输、分析、计算等处理活动中的动态安全,但实际应用中,仍存在技术应用成熟度低、应用实施改动大、权威机构认证少等痛点问题。

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因此,同态科技围绕以同态加密为核心的一系列国产新型密码技术,在充分保护数据隐私安全的基础上,不改变原有业务流程,低成本、低改造地拓展数据应用场景。通过“一次加密,一次加载,全量应用”的新型数据流转模式,实现数据价值最大化,达成 “原始数据不出域,数据可用不可见”目的。

国产同态加密算法解决计算效率问题

同态加密技术,就是指数据加密之后,密文数据和未加密前的明文数据相比,具有完全一致的计算能力。目前对比市场上主流的同态加密技术,或多或少的有一些效率上的瓶颈。

Craig Gentry曾给出直观定义:“A way to delegate processing of your data, without giving away access to it”,通俗的讲,同态加密技术就是一种在不接触原始数据的情况下,实现对数据的应用。

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同态科技自研的国产新型同态加密算法——“同态构型”算法有效解决了计算效率问题,大幅提升了密文计算性能。

CCA-2安全:自适应性选择密文安全,参考:https://www.cnblogs.com/pam-sh/p/15244862.html

在同一批数据相同运行环境下,与当下主流的同态加密算法库(微软SEAL)相比,实现了算法层面的速度提升1800倍以上,并在密文扩张、兼容性、细粒度、以及应用场景等方面均实现了较大提升,有效解决在当下数据融合过程中的隐私保护问题。

结合英特尔再度提升算法计算性能

SIMD技术通过对一组数据向量中的每个元素同时执行相同的操作,实现空间上的并行性。

在算法优化的基础上,大整数运算是“同态构型”算法中,性能提升的一大环节。同态科技联合英特尔,以AVX-512指令集为切入点,通过中国剩余定理压缩数据,再利用并行计算提升大整数的运算效率,形成大整体运算优化方案。

见论文:Fully homomorphic SIMD operations

英特尔® AVX-512作为SIMD技术的典型代表,利用32个512位长的向量寄存器,不但提升了并行计算的数据存量,还在算力部分进行了优化,更适配高性能计算场景下的效率需求,对于科学模拟、金融分析、人工智能、图像处理、数据压缩等,对工作负载和用例的性能较高的业务均提供了有力支撑。

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最终实验结果表明,该方案和主流大整数库(GMP库)项目,加法效率提升了70倍,乘法效率提升了100倍,有望基于此进一步实现同态构型算法的性能提升。

技术

同态构型密码算法

来自:https://www.ttaicloud.com/p/technology.html

同态构型密码算法设计不依赖传统的公钥全同态加密技术,基于离线状态下常数次(最优时一次)单向陷门J置换,在线状态下仅包含加法、乘法的对称全同态映射,实现密文域上高效的隐私计算。

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