美國國防高級計劃局 (Darpa) 已向四個團隊授予合同，以開發用于完全同態加密的 ASIC 加速器，作為其虛擬環境中數據保護 (DPRIVE) 計劃的一部分。這四份合同已授予 Duality Technologies、英特爾、SRI International 和 Galois 領導的團隊。四人中的三人價值在 1150 萬至 1500 萬美元之間；英特爾沒有透露其獎勵金額。

3.5 年 DPRIVE 計劃的目標是在當前未加密計算的計算時間的一個數量級內實現對 FHE 加密數據的計算。通常被稱為加密的“圣杯”，完全同態加密允許對加密數據進行計算——當結果被解密時，它與對未加密數據執行相同算法的結果相匹配。

現有的加密方案允許共享加密數據，但也必須共享密鑰，以便可以解密數據以執行計算。這使他們容易受到攻擊。同態加密方案不需要共享密鑰——數據是端到端加密的。

普通同態加密技術已經在商業上使用，但這些通常允許將加密數字加在一起，僅此而已。全同態加密允許對加密數據進行任何數學運算而無需解密；方案自 2009 年以來就已經存在，但到目前為止，該技術尚未在現實世界中使用，因為它的計算量非常大。

Darpa 項目經理 Tom Rondeau 在一份聲明中說：“在標準筆記本電腦上完成的計算需要數周才能在運行 FHE 的傳統服務器上計算。”

Cornami 首席執行官Wally Rhines去年告訴EE Times，完全同態加密需要“連續數以千計的 FFT，以及系數為雙精度浮點的 500 次多項式”，這將需要許多倍于當今狀態的性能。 -藝術 CPU 和 GPU。

Wally Rhines（圖片來源：Cornami）

Cornami 是一家未參與 DPRIVE 計劃的加州初創公司，最初將其可重新配置的多核計算結構應用于 AI 加速。自萊茵斯掌舵以來，該公司專注于 FHE，這是一個“沒有競爭對手”的領域，萊茵斯當時表示。與 Darpa 的努力一樣，Cornami 的目標是將 FHE 加速到可用水平。

可用的 FHE 技術對人工智能等領域的影響將是巨大的。如今，絕大多數 AI 培訓都在云端進行，但出于隱私考慮，一些關鍵應用（例如金融和醫療保健）的公司無法將數據發送到云端。借助未來用于 FHE 的 ASIC 加速器，醫學研究公司或金融科技初創公司可以將加密數據上傳到云端，用它訓練 AI 模型并下載結果，只有在結果安全返回內部后才能解密結果。數據也可以被匯集——例如來自不同醫院的醫療數據——每一方都保留他們的數據隱私，但人工智能無論如何都能從中學習。

大字

DPRIVE 計劃中每個研究團隊面臨的挑戰是開發硬件和軟件堆棧來加速 FHE 計算，使其與類似的未加密數據操作相媲美。Darpa 對硬件的要求包括靈活性、可擴展性和可編程性。

團隊將采取的關鍵方法之一是探索大算術字長 (LAWS)。當前的 CPU 設計基于 64 位字，但 FHE 需要更長的字長。加密數據的信噪比與字長直接相關；更長的詞意味著每次處理 FHE 計算時累積的噪聲更少。這意味著在達到無法修復的噪聲閾值之前可以執行更多的計算（超出該閾值的數據將無法再恢復）。預計團隊將探索高達數千位的字長。

LAWS 電路的驗證特別困難，因為電路狀態空間變得難以管理。Darpa 的招標文件稱，當字長達到 256 位時，之前對大字長乘法器的驗證嘗試超時。密碼電路對數學正確性有很高的證明責任，這需要全電路驗證。

團隊還將探索內存管理、靈活數據結構和編程模型的新方法。

對偶技術

Duality Technologies 已獲得 Darpa 1450 萬美元的 DPRIVE 獎勵。該公司是一家幫助受監管的公司（主要是金融和醫療領域）共享同態加密數據的初創公司。Duality 已經提供了基于 FHE 的商業平臺，例如 SecurePlus，它的中間件平臺允許公司加密數據，然后在公司自己的服務器或云中對加密數據進行分析。

Kurt Rohloff（圖片：Duality Technologies）

“[硬件 FHE 加速] 是維度和位寬的問題，”Duality 的首席執行官Kurt Rohloff在 2019 年的一次采訪中告訴EE Times。“我們正在處理向量化操作，向量的維度通常在數萬左右……在這種情況下，16,000 或 32,000 維度是相當標準的。我們已經在 64 位操作上做了相當多的工作，但我可以很容易地看到我們將達到數百位甚至數千位的字長。”

對于 DPRIVE 合同，Duality 組建了一支來自南加州大學信息科學研究所、紐約大學、卡內基梅隆大學、SpiralGen、德雷塞爾大學和 TwoSix Labs 的專家團隊。該團隊開發的硬件加速器將與 Palisade 開源 FHE 庫完全集成。

英特爾

英特爾還加入了 DPRIVE 計劃，其團隊橫跨英特爾實驗室、英特爾的設計工程組和公司的數據平臺組。英特爾已與微軟合作，后者將通過在其 Azure 和 Jedi 云中對其進行測試來領導由此產生的英特爾 ASIC 的商業部署。兩家公司還將與國際標準機構合作制定 FHE 標準。

英特爾表示，其未來的 ASIC 可能會將處理 FHE 密碼的時間減少“五個數量級”，盡管它沒有給出任何計劃如何實現這一目標的暗示。該公司表示，它計劃在整個過程中使用 FHE 加密數據大規模評估其 FHE 加速器 ASIC 在 AI 訓練和推理工作負載方面的進展——或許可以向我們暗示它如何看待該技術在商業應用中的使用。

SRI 國際

第三個團隊來自非營利性研究機構 SRI International，作為該計劃的一部分，該機構獲得了 1150 萬美元的獎勵。該公司表示，它已經組建了一支由研究人員和工程師組成的世界級團隊來迎接挑戰。

“為 FHE 加密數據創建新的硬件加速器是一項獨特的技術挑戰，需要協處理器架構、硬件設計、硬件、軟件、數學和 FHE 算法的計算機輔助驗證方面的專業知識，”首席計算機科學家 Karim Elderawy 說。 SRI 國際，在一份聲明中。“有了我們為這個項目組建的世界級研究人員團隊，我們有信心在幾年內開發出可行的硬件解決方案，使 FHE 數據處理在大量應用程序中具有實用性和商業可行性。”

伽羅瓦

計算機科學研發公司 Galois 已經與許多美國政府實體合作，包括美國國防情報局和美國國家航空航天局，以解決棘手的技術問題。該公司獲得了一份價值 1530 萬美元的合同，由 DPRIVE 開發 FHE 加速器。

審核編輯 黃昊宇