阿里安全開源隱私計(jì)算新技術(shù)：計(jì)算速度快20倍，通信成本低2倍，已登安全頂會(huì)
比微軟的ryptFlow2還快
博雯 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號(hào) QbitAI
如何在不查看圖片的前提下，幾秒之內(nèi)就識(shí)別一張圖片？
這個(gè)看似在找茬的問題，卻是隱私計(jì)算領(lǐng)域會(huì)真實(shí)碰到的問題。
著名的“百萬富翁問題”所描述的就是這樣的場(chǎng)景：兩位富翁如何在不知道對(duì)方財(cái)富的前提下，比較誰的財(cái)富更多？
近年來出現(xiàn)出現(xiàn)的一些方法，比如兩方計(jì)算網(wǎng)絡(luò)推理（2PC-NN）可以解決上述問題，但同時(shí)又會(huì)造成大量的計(jì)算成本和通信開銷。
但現(xiàn)在，只要2.5分鐘，2.3GB的通信費(fèi)用，就能在ResNet50的基準(zhǔn)上進(jìn)行端到端的執(zhí)行。
比起現(xiàn)在最好的兩方計(jì)算網(wǎng)絡(luò)推理框架，微軟的CryptFlow2還要分別高出5.9倍和12.9倍。
目前，這項(xiàng)研究已經(jīng)被國(guó)際四大安全頂會(huì)之一的USENIX Security Symposium 2022接收，研究團(tuán)隊(duì)來自阿里巴巴。
這也是我國(guó)團(tuán)隊(duì)首次在USENIX Sec22上發(fā)表安全多方計(jì)算（MPC）方向的論文，相關(guān)代碼目前已開源。
如何減少開銷？
這是一個(gè)叫做獵豹（Cheetah）的新型框架，是一個(gè)用于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的兩方計(jì)算網(wǎng)絡(luò)推理系統(tǒng)。
為了使系統(tǒng)盡量高效，現(xiàn)有的兩方計(jì)算網(wǎng)絡(luò)推理框架常常會(huì)使用多種類型的加密基元（Cryptographic Primitive）。
比如，DELPHI和CrypTFlow2就會(huì)利用同態(tài)加密（HE）來評(píng)估DNN的線性函數(shù)，而獵豹就是這樣一種混合系統(tǒng)。
不同的是，在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)協(xié)議、如何協(xié)調(diào)不同類型的加密基元上，獵豹進(jìn)行了新的改進(jìn)：
- 重新設(shè)計(jì)了基于同態(tài)加密的協(xié)議，可在不需要任何輪調(diào)操作（Rotation Operation）以的情況下評(píng)估線性層（即卷積、批量歸一化和完全連接）
- 設(shè)計(jì)了幾個(gè)用于非線性函數(shù)（如ReLU和Truncation）的更加精簡(jiǎn)，通信效率更高的基元
開發(fā)者將新的線性協(xié)議與先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行比較，所有的運(yùn)行都是用單線程執(zhí)行，結(jié)果是計(jì)算速度最高快了20倍，通信成本最低低到2倍：
而在所有的協(xié)議和優(yōu)化都完成時(shí)，在大型DNN上運(yùn)行加密推理，在3分鐘內(nèi)，獵豹就可以評(píng)估SqueezeNet、ResNet50和DenseNet121：
放到實(shí)際應(yīng)用上：假如客戶甲有一張圖片，服務(wù)器乙需要對(duì)該圖片進(jìn)行AI識(shí)別，判斷是否含有不合規(guī)的內(nèi)容，但出于隱私保護(hù)要求，又不能查看甲的圖片本身。
這時(shí)，使用微軟的ryptFlow2，需要數(shù)百秒才能完成一張圖片識(shí)別。
而獵豹在保證同等的可證明安全前提下，讓速度快了5倍，數(shù)十秒就能識(shí)別。
作者介紹
論文共有兩位一作，黃智聰（Zhicong Huang）和Wen-jie Lu。
其中，黃智聰本科畢業(yè)于北京大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)系，2018年從瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）獲得博士學(xué)位。
他現(xiàn)在就職于阿里巴巴安全部雙子座實(shí)驗(yàn)室，負(fù)責(zé)研究數(shù)據(jù)保護(hù)與共享技術(shù)，研究領(lǐng)域包括應(yīng)用密碼學(xué)，數(shù)據(jù)安全與隱私，差分隱私，機(jī)器學(xué)習(xí)，安全計(jì)算，同態(tài)加密，隔離計(jì)算。
論文：
https://eprint.iacr.org/2022/207
開源地址：
https://github.com/Alibaba-Gemini-Lab/OpenCheetah
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