智能手機如何在不受信任的云環境中保護用戶數據，同時保持電池壽命？

美國的一個研究小組提出了一個建議。他們為邊緣設備開發了一種新的硬件加速器原型，可以以標準RISC-V處理器的1000到6000倍的能效加密進出云的消息。他們在10月份出版的《超大規模集成電路IEEE學報》（https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=92）上描述了他們提出的RISE方法。

“It’s crucial to keep data encrypted at all times, even during processing....We proposed RISE to address these issues.”
—Zahra Azad, University of Rochester

智能手機、物聯網傳感器、可穿戴設備和其他邊緣設備的計算能力和內存往往有限，因此它們必須經常將數據發送到云端進行處理。然而，邊緣設備和云之間的數據交換帶來了安全和隱私風險。即使邊緣設備在將數據發送到云之前投入額外的計算能力來加密數據，數據通常也必須在云中解密以進行處理。

紐約羅切斯特大學的博士后Zahra Azad解釋道：“在某些應用中，尤其是在隱私和安全方面，保持數據始終加密至關重要，即使在處理過程中也是如此。”

克服這種安全問題的解決方案被稱為同態加密（homomorphic encryption, HE，https://spectrum.ieee.org/how-to-compute-with-data-you-cant-see），這是一種加密技術，允許在不首先解密的情況下處理加密數據。但同態加密是以邊緣設備為代價的。Azad說：“這些邊緣操作會導致大量內存消耗，并帶來相當大的計算開銷。我們建議利用RISE來解決這些問題。”

她說，RISE是一種區域性和節能的硬件加速器，旨在促進邊緣設備上的同態加密應用。Azad說，為了創建RISE，她和她的同事確定了邊緣設備在同態計算中通常會遇到瓶頸的幾個關鍵領域。這促使他們在設計RISE時考慮到三個目標：共享加密和解密硬件，優化內存訪問模式（最大限度地減少在加速器芯片上存儲數據所需的內存），以及提高芯片的錯誤采樣能力。

研究人員將RISE集成到RISC-V核心上并進行測試，將其性能與最先進的邊緣設備同態加密設計/解決方案進行比較。

結果表明，RISE在保持最小的內存占用和能耗的同時，優于競爭對手。值得注意的是，Azad說，RISE作為基線處理器，可以用近1/6000的能耗加密數據，并可以用大約1/1100的能耗解密數據。同樣，RISE在延遲方面也有顯著改善，加密數據的延遲率不到1%，解密的延遲率接近1/50。

Azad說：“這些結果突出了RISE的效率，使其成為同態加密邊緣操作的一個有前途的解決方案，特別是在低延遲、低面積和能效至關重要的情況下。”

她指出，雖然RISE在功率效率和緊湊設計方面提供了許多好處，但在性能效率方面也有一些權衡。她說，她的團隊希望在未來通過探索并行計算的創新技術來提高性能效率。

此外，研究人員在這項研究中使用硬件模擬器測試了RISE。接下來，他們將通過更完整的硬件設置來測試RISE。盡管如此，該團隊對這些初步結果已經感到十分興奮。

Azad說：“這些原型的開發標志著將我們的理論概念轉化為有形的功能設備的關鍵一步。通過以實際硬件芯片的形式將我們的設計付諸實踐，我們旨在展示其在各種邊緣計算場景中的穩健性和適應性，并確保我們的創新在現實世界中產生有意義的影響。”

審核編輯：彭菁