隱私計(jì)算專用芯片！清華系公司推出，性能可媲美1000個(gè)CPU核
華控清交已量產(chǎn)
Pine 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI
清華系公司華控清交已量產(chǎn)業(yè)界首款半同態(tài)計(jì)算芯片。
每塊板卡計(jì)算模冪的性能可媲美約1000個(gè)CPU核。
這也是華控清交在隱匿查詢方向上的最新成果。
隱匿查詢具體來說，是指在查詢方不暴露查詢意圖，同時(shí)又能保護(hù)數(shù)據(jù)方提供方數(shù)據(jù)庫中其他數(shù)據(jù)的情況下獲得得相關(guān)查詢結(jié)果。
舉個(gè)簡單的栗子：
某信用機(jī)構(gòu)擁有一系列居民的征信分?jǐn)?shù)及征信記錄等信息；某貸款機(jī)構(gòu)想從征信機(jī)構(gòu)查詢一個(gè)借貸客戶的信用分?jǐn)?shù)。
貸款機(jī)構(gòu)出于保護(hù)客戶資源的考量，不愿泄露這位客戶的身份證號(hào)；同時(shí)征信機(jī)構(gòu)也不想泄露除了這位被查詢的借貸客戶信息之外的其他信息（如其他居民的征信分?jǐn)?shù)）。
這時(shí)候，隱匿查詢就派上用場了，它能夠很好地保證客戶的信息不被泄漏。
那華控清交這次的成果對(duì)隱匿查詢來說意味著什么？
在此之前，我們得先整明白目前的隱匿查詢存在什么問題。
傳輸速度慢
一般來說，隱匿查詢根據(jù)實(shí)際使用情況可分為兩類：基于序號(hào)的查詢和基于關(guān)鍵字的查詢。
基于序號(hào)的查詢是指：查詢方已經(jīng)知道要查詢的數(shù)據(jù)位于數(shù)據(jù)源中的具體順序位置，再根據(jù)這個(gè)序號(hào)進(jìn)行查詢，這在實(shí)際使用中并不常見。
在生活中更為常用的是基于關(guān)鍵字的查詢，這種方法只需要查詢方提供全局唯一的關(guān)鍵字（如身份證號(hào)、手機(jī)號(hào)等）即可。
所以這里我們就主要探討基于關(guān)鍵字的隱匿查詢。
要實(shí)現(xiàn)隱匿查詢，密碼學(xué)中已經(jīng)有很多種方法：不經(jīng)意傳輸、全同態(tài)加密以及半同態(tài)加密等。
不過這些方法或多或少都有些缺陷：即高帶寬資源與高算力不可兼得。
要不是計(jì)算極快需要消耗很多帶寬，要不就是對(duì)算力要求很高但傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少。
而在實(shí)際應(yīng)用中，通過廣域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程查詢時(shí)能夠使用的帶寬資源有限，很多時(shí)候分配的帶寬只有10Mbps甚至更少。
所以那些對(duì)算力要求不高，但需要大量傳輸數(shù)據(jù)的方法在這樣低帶寬的情況下就會(huì)耗費(fèi)很久的時(shí)間，有時(shí)僅花在數(shù)據(jù)傳輸上的時(shí)間就有將近10分鐘。
這樣一來，要提高隱匿查詢的速度，只有一條路可以走：
- 采用傳輸數(shù)據(jù)量少、算力要求高的隱匿查詢方法。
- 然后提高算力。
比AMD旗艦處理器快10余倍
基于此，在隱匿查詢的方法上，華控清交使用了純粹的加法同態(tài)加密方案?（半同態(tài)加密方法）：
用計(jì)算量的增加換取通訊量的降低，確保在低帶寬的環(huán)境下依然可以較快地完成通訊過程。
接下來就只面臨一個(gè)問題：計(jì)算量大。
這時(shí)候，華控清交的半同態(tài)計(jì)算芯片就派上用場了。
官方對(duì)這款芯片做出了如下介紹：
- 每塊板卡可達(dá)到很高的吞吐量：計(jì)算模冪的性能可媲美約1000個(gè)CPU核；
- 單塊板卡滿負(fù)荷運(yùn)載時(shí)的功率僅為約120W；
- 支持一卡多芯片、一機(jī)多卡、多機(jī)并行，提供很好的數(shù)據(jù)并行能力，同時(shí)能在最小的空間中布置最多的算力。
不過這都是紙上談兵，不如直接上數(shù)據(jù)來得直觀。
為此，華控清交將他們的芯片與AMD旗艦處理器EPYC 7742兩個(gè)不同的隱匿查詢場景下進(jìn)行了對(duì)比，其中算法都采用的是Paillier（一種半同態(tài)加密方法）。
具體來說，測試AMD處理器的性能時(shí)，每個(gè)參與方獨(dú)立使用一塊AMD EPYC 7742，所有的軟件算法均在該款CPU上運(yùn)行。
而在測試芯片性能時(shí)每方獨(dú)立使用兩張芯片加速卡。
之所以這么對(duì)比，是因?yàn)橐活wAMD處理器的TDP為225W（實(shí)際工作功率還會(huì)略大些），而兩塊芯片板卡滿負(fù)荷運(yùn)載的功率則是240W左右。
場景一：
場景二：
可以很直觀地看到，在華控清交研發(fā)的芯片的加持下，隱匿查詢的速度比AMD處理器之下的速度快出十多倍。
除此之外，華控清交還為這款芯片專門設(shè)計(jì)了一款配套的板卡，帶主動(dòng)散熱，通過PCIe與上位機(jī)通訊，這意味著能插GPU的機(jī)器都可以使用這款板卡。
這款芯片從2021年便開始半同態(tài)計(jì)算芯片的設(shè)計(jì)和流片，經(jīng)過一年左右的時(shí)間，在今年第三季度已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
華控清交表示對(duì)這款芯片會(huì)另行召開序列專題推介會(huì)，并將在明年年初批量出貨。
傳送門：
https://mp.weixin.qq.com/s/5_pWzCr7OCcwiUBU-fNQtg
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