阿里安全開源隱私計算新技術：計算速度快20倍，通信成本低2倍，已登安全頂會
比微軟的ryptFlow2還快
博雯 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
如何在不查看圖片的前提下，幾秒之內就識別一張圖片？
這個看似在找茬的問題，卻是隱私計算領域會真實碰到的問題。
著名的“百萬富翁問題”所描述的就是這樣的場景：兩位富翁如何在不知道對方財富的前提下，比較誰的財富更多？
近年來出現出現的一些方法，比如兩方計算網絡推理（2PC-NN）可以解決上述問題，但同時又會造成大量的計算成本和通信開銷。
但現在，只要2.5分鐘，2.3GB的通信費用，就能在ResNet50的基準上進行端到端的執行。
比起現在最好的兩方計算網絡推理框架，微軟的CryptFlow2還要分別高出5.9倍和12.9倍。
目前，這項研究已經被國際四大安全頂會之一的USENIX Security Symposium 2022接收，研究團隊來自阿里巴巴。
這也是我國團隊首次在USENIX Sec22上發表安全多方計算（MPC）方向的論文，相關代碼目前已開源。
如何減少開銷？
這是一個叫做獵豹（Cheetah）的新型框架，是一個用于深度神經網絡的兩方計算網絡推理系統。
為了使系統盡量高效，現有的兩方計算網絡推理框架常常會使用多種類型的加密基元（Cryptographic Primitive）。
比如，DELPHI和CrypTFlow2就會利用同態加密（HE）來評估DNN的線性函數，而獵豹就是這樣一種混合系統。
不同的是，在設計基礎協議、如何協調不同類型的加密基元上，獵豹進行了新的改進：
- 重新設計了基于同態加密的協議，可在不需要任何輪調操作（Rotation Operation）以的情況下評估線性層（即卷積、批量歸一化和完全連接）
- 設計了幾個用于非線性函數（如ReLU和Truncation）的更加精簡，通信效率更高的基元
開發者將新的線性協議與先進技術進行比較，所有的運行都是用單線程執行，結果是計算速度最高快了20倍，通信成本最低低到2倍：
而在所有的協議和優化都完成時，在大型DNN上運行加密推理，在3分鐘內，獵豹就可以評估SqueezeNet、ResNet50和DenseNet121：
放到實際應用上：假如客戶甲有一張圖片，服務器乙需要對該圖片進行AI識別，判斷是否含有不合規的內容，但出于隱私保護要求，又不能查看甲的圖片本身。
這時，使用微軟的ryptFlow2，需要數百秒才能完成一張圖片識別。
而獵豹在保證同等的可證明安全前提下，讓速度快了5倍，數十秒就能識別。
作者介紹
論文共有兩位一作，黃智聰（Zhicong Huang）和Wen-jie Lu。
其中，黃智聰本科畢業于北京大學的計算機科學系，2018年從瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）獲得博士學位。
他現在就職于阿里巴巴安全部雙子座實驗室，負責研究數據保護與共享技術，研究領域包括應用密碼學，數據安全與隱私，差分隱私，機器學習，安全計算，同態加密，隔離計算。
論文：
https://eprint.iacr.org/2022/207
開源地址：
https://github.com/Alibaba-Gemini-Lab/OpenCheetah
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