课3-详解隐私计算框架的架构和技术要点

简介: 隐语架构涵盖产品、算法、计算、资源和硬件五层,旨在实现互联互通和跨域管控。产品层包括SecretPad等,简化用户和集成商体验。算法层涉及PSI/PIR、SCQL和联邦学习,提供隐私保护的数据分析和学习。计算层如RayFed、SPU、HEU等,支持分布式计算和密态处理。资源层的KUSCIA用于跨机构任务编排,硬件层涉及FPGA等加速器。互联互通支持黑盒和白盒模式,确保不同平台协作。跨域管控则强调数据流转控制,保护数据权益。

隐语架构包括产品层、算法层、计算层、资源层和硬件层,同时兼顾互联互通和跨域管控。

1. 产品层

定位: 通过可视化产品,降低终端用户的体验和演示成本;通过模块化API降低技术集成商的研发成本
人群画像: 隐私保护计算集成商、隐私保护计算需求方、开发人员、研究人员、产品人员
核心产品: SecretPad、多部署形态、全栈产品、SecretNote

2. 算法层

PSI/PIR

隐私集合求交/隐私匿踪查询

定位: 高性能、轻量化、易用的PSI/PIR专用协议模块
人群画像: PSI/PRI产品人员、PSI/PRI需求人员、PSI/PRI研发人员

PSI实现协议

半诚实模型
   两方
   - ecdh、kkrt16、bc22(pcg-psi)
   - ec-oprf PSI(Unbalanced PSI)
   多方
   - ecdh-3-party(可扩展至多方)
恶意模型 
   - mini-PSI(适合小数据集)

PIR实现协议

Sealed PIR
Label PIR

Data Analysis - SCQL

定位: 屏蔽底层安全计算协议的复杂性,以简单熟悉的 SQL 语言界面,提供多方数据密态分析能力
人群画像:数据分析集成商、数据分析产品人员、数据分析需求人员、数据分析研发人员
核心产品: SCQL

SCQL核心特性

半诚实安全模型 
支持多方 (N>=2) 
易上手,提供 MySQL 兼容的 SQL 方言用户界面 
支持常用的 SQL 语法和算子,满足大部分场景的需求 
可实用的性能 ü提供列级别的数据使用授权控制(CCL) 
支持多种密态协议(SEMI2K/CHEETAH/ABY3) 
内置支持多种数据源接入(MySQL,Postgres, CSV 等)

联邦学习

在原始数据不出域的前提下,通过交换中间数据完成机器学习建模。
包含水平联邦和垂直联邦(主要是拆分学习,Split Learning)。

定位: 具备安全攻防保障的明密文混合机器学习框架和算法
人群画像:深度学习需求方、深度学习产品人员、安全AI研究人员

3. 计算层

RayFed、SPU、HEU、TEEU、YACL

混合编译调度 - RayFed

在Ray基础之上所构建的专注于跨机构的分布式计算调度框架

定位: 面向跨机构场景,提供单机构内计算任务独立调度和跨机构计算任务协作的能力。
人群画像:隐语工程开发人员、隐语算法开发人员

SPU:Secure Process Unit

定位: 桥接上层算法和底层安全歇息,保持原生AI框架体验和同时为用户提供透明的、高性能的、基于安全协议的密态计算能力。
人群画像:机器学习研究人员、密码协议研发人员、编译器研发人员

SPU核心特性

原生对接主流AI前端
支持丰富的机器学习算法
带隐私保护语义的中间表示语言
基于MLIR的加密计算编译优化
高性能MPC协议虚拟机
多种数据并行,指令并行优化
丰富的MPC协议,适配各种场景
支持协议扩展,支持异构设备接入

HEU:Homomorphic Encryption Unit

定位: 低门槛,高性能的同态加密库,支持多类型、可扩展的算法协议和硬件加速生态。
人群画像:同态加密用户、同态算法研究人员、同态硬件研发人员

HEU核心特性

支持多种PHE算法
性能业界领先
多种接口
硬件加速

TEEU

YACL:Yet Another Common Crypto Library

定位: 多种隐私计算技术路线共同需要的密码库,具备安全实现保证、高性能等特点。
人群画像:安全/密码研究人员

YACL核心特性

性能、安全、易用性

4. 资源层

KUSCIA-基于 K8s 的隐私计算任务编排框架

定位:屏蔽不同机构间基础设施的差异,为跨机构协作提供丰富且可靠的资源管理和任务调度能力
人群画像:隐私保护计算集成商、运维开发人员

5. 硬件层

硬件加速:FPGA GPU ASIC
可信环境:略

6. 互联互通

定位:隐语和其它厂商的平台可以互联互通,共同完成一个隐私计算任务。
人群画像:互联互通需求方、算法研发人员、平台研发人员、隐私保护计算集成商

① 黑盒模式 : 又称管理调度互联
管理面、控制面实现互联互通 ,两边加载相同的算法容器
② 白盒模式 : 又称基于开放算法协议的互联
算法引擎层面可以直接互联

7. 跨域管控

定位:数据离开持有者的运维域后,数据方仍然能够有效地控制数据的流转过程,避免其被窃取或者非预期使用。
人群画像:隐私保护计算需求方、监管员、运维人员

数据要素“三权”在数据流转过程中诞生与流转, 数据要素“三权”权益的机制保障核心是数据加工使用权跨域管控。

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