近日，2024 Inclusion·外滩大会成功举办了主题为“软硬协同加速同态加密”的论坛。本次论坛由中国计算机学会体系结构专委、蚂蚁技术研究院联合主办，众多来自密码、编译、体系结构、加速器设计等领域的专家学者齐聚一堂，共同探讨同态加密技术的现在与未来。
随着AI时代到来，数据隐私与安全问题重要性凸显。同态加密是支持直接在密文数据上进行计算的一种新型加密算法，在AI、云计算、医疗健康、金融科技等领域具有广阔的应用前景。
软硬件协同是优化关键
山东大学网络空间安全学院常务副院长、山东大学密码技术与信息安全教育部重点实验室副主任王美琴首先介绍了同态加密技术的发展历程。她指出，混合同态加密是解决密文膨胀问题的有效方案，能够进一步平衡客户端和服务器之间的效率。王美琴强调了对称密码算法在混合同态加密中扮演的关键角色，梳理了相关算法通用的设计思路以及面临的攻击挑战。
(山东大学网络空间安全学院常务副院长、山东大学密码技术与信息安全教育部重点实验室副主任王美琴)
中国科学院信息工程研究所网络空间安全防御重点实验室主任、研究员、博导侯锐则从硬件角度出发，分享了处理器芯片可信执行环境(TEE)的研究成果。侯锐指出了现有TEE设计中的侧信道攻击风险，介绍了团队在硬件层面对TEE安全性进行增强的工作，包括HyperTEE的设计，旨在通过物理隔离提升管理任务的安全性。
李明昊博士代表中山大学集成电路学院王中风院长的研究团队，讲述了算法优化与硬件设计之间的权衡方法。他们展示了在保持安全性的前提下，如何通过算法层面的巧妙折衷来提升硬件效率，介绍了团队在线性层与非线性层同态加密算法优化方面的工作，以及如何通过限制素数形式来简化硬件设计，并进一步讨论了如何利用折叠架构实现可编程硬件设计。
编译器与专用硬件是应用基础
论坛的另一个焦点是编译器与专用硬件在加速同态加密应用中的作用。
复旦大学微电子学院副院长曾晓洋教授从硬件安全芯片的角度出发，讨论了如何从算法，架构到电路跨层次优化设计角度出发开展安全芯片创新研发工作，并分享了其团队在面向智能物联网应用的高能效密码硬件加速处理器领域的最新研究进展。
蚂蚁技术研究院程序设计与编译器实验室主任赖建新介绍了ANT-ACE编译器，这是一个旨在自动化神经网络推理的全同态加密编译器。赖建新阐述了全同态编译器的重要性，它能够简化编程、优化性能，并支持软硬件协同设计。ANT-ACE编译器支持ONNX文件作为输入，自动完成参数选择、方案选择和噪声管理，
直接生成全同态加密程序，显著降低了程序员的负担。
(蚂蚁技术研究院程序设计与编译器实验室主任赖建新)
蚂蚁技术研究院计算系统实验室副主任张明喆，介绍了同态加密加速器在提升计算效率方面的最新进展，包括对CKKS和TFHE两种方案的深入分析。他指出，尽管同态加密技术在理论上具有显著优势，但在实际应用中仍面临性能和资源消耗的挑战。张明喆展示了团队在加速器设计上取得的显著成果，这些成果有望进一步推动同态加密技术的实际应用。
Sangphy Kim博士代表韩国首尔大学安廷鎬教授研究团队，也分享了他们在加速器设计方面的工作，展示了在GPU和FPGA上实现的加速效果，并讨论了在设计同态加密加速器时需要考虑的多项式长度、计算负载和硬件资源利用等问题。
与会专家认为，现阶段，同态加密巨大的性能开销是制约该技术实际应用的主要原因。同态加密性能的根本性提升离不开密码学、算法、系统、编译技术、体系结构、电路等多个领域间的紧密协作，同时这也是该领域研究的发展方向。
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