來源 ｜ 零壹財(cái)經(jīng)

作者 ｜ 溫泉、姚麗

隱私計(jì)算市場的采購風(fēng)向正在悄然發(fā)生變化。

2021年，隱私計(jì)算成為大熱的賽道，不少金融機(jī)構(gòu)紛紛嘗試招標(biāo)采購隱私計(jì)算軟件系統(tǒng)。但是現(xiàn)在，已經(jīng)開始有金融機(jī)構(gòu)也考慮采購相關(guān)硬件。

高聲談（化名）所在的國有大型保險(xiǎn)公司就是其中之一。高聲談告訴零壹財(cái)經(jīng)，現(xiàn)在該公司在重點(diǎn)考慮的一個(gè)問題就是，要不要采購可信計(jì)算與隱私計(jì)算結(jié)合的產(chǎn)品，這就要涉及到硬件。

有這樣考慮的不只高聲談所在的公司。據(jù)零壹財(cái)經(jīng)了解，還有更多的大型金融機(jī)構(gòu)也在關(guān)注相關(guān)問題。交通銀行金融科技創(chuàng)新研究院高級創(chuàng)新研究員王光中向零壹財(cái)經(jīng)表示，有的業(yè)務(wù)并發(fā)以及數(shù)據(jù)量要求不高，現(xiàn)有的一些軟件產(chǎn)品已經(jīng)能覆蓋需求，目前也看到了一些金融機(jī)構(gòu)的落地應(yīng)用案例。對于海量數(shù)據(jù)的高性能實(shí)時(shí)計(jì)算，對算力要求高，軟硬件結(jié)合則會是一個(gè)趨勢。

而從提供隱私計(jì)算產(chǎn)品的廠商來看，就在一年前，隱私計(jì)算軟硬件結(jié)合還是一個(gè)寂寞的賽道。據(jù)零壹財(cái)經(jīng)了解，在這個(gè)賽道上，當(dāng)時(shí)除了產(chǎn)品線豐富、有戰(zhàn)略儲備的螞蟻集團(tuán)之外，僅有兩家初創(chuàng)公司——以提升隱私計(jì)算算力見長的星云Clustar和苦苦研發(fā)隱私保護(hù)芯片的融數(shù)聯(lián)智。

但是現(xiàn)在，情況正在發(fā)生變化。

“不完美”的軟件

2021年，高聲談開始密切關(guān)注隱私計(jì)算領(lǐng)域，展開了與這個(gè)領(lǐng)域頭部公司的廣泛交流和產(chǎn)品測試。

隨著了解的深入，他越來越發(fā)現(xiàn)，如果僅僅采購隱私計(jì)算軟件系統(tǒng)，可能是不夠的�！霸诳紤]實(shí)用性的前提下，基本上所有隱私計(jì)算產(chǎn)品均無法應(yīng)對惡意攻擊�！彼�得出結(jié)論，這也是讓他極為擔(dān)心的一點(diǎn)。對采購負(fù)責(zé)人來講，相關(guān)問題引發(fā)的采購風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。

在摸索中，高聲談發(fā)現(xiàn)問題的解決方式可能是可信計(jì)算與隱私計(jì)算的結(jié)合。目前，可信計(jì)算的技術(shù)思路是通過在硬件平臺上引入可信平臺模塊（通過可信計(jì)算組織標(biāo)準(zhǔn)的安全芯片）來提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性。

經(jīng)過一番研究，高聲談?wù)J為，可信計(jì)算致力于解決網(wǎng)絡(luò)攻擊，尤其對惡意攻擊有明顯防護(hù)效果；隱私計(jì)算主要為解決個(gè)人信息保護(hù)，解決個(gè)人信息數(shù)據(jù)在傳輸過程中的匿名化和去標(biāo)識化問題�？尚庞�(jì)算對惡性攻擊的有效防護(hù)可以極大減輕隱私計(jì)算的安全性壓力，兩者的有機(jī)結(jié)合可能將是行業(yè)的發(fā)展方向。

安全性問題，是隱私計(jì)算在實(shí)際商業(yè)應(yīng)用中遭遇的兩個(gè)最主要的問題之一。另外一個(gè)問題是性能的問題，就是運(yùn)行起來太慢。

這種慢，在計(jì)算機(jī)單機(jī)、單機(jī)和單機(jī)之間、計(jì)算機(jī)集群之間這三個(gè)層面上都存在。

在計(jì)算機(jī)單機(jī)上，隱私計(jì)算由于運(yùn)用了密碼學(xué)技術(shù)，計(jì)算過程中涉及到很多加密解密的步驟，這使得計(jì)算量以幾何級數(shù)增加。以全同態(tài)算法為例，在通用芯片上密文運(yùn)算的速度比明文運(yùn)算慢了10萬倍。這意味著，做同樣的運(yùn)算，如果用全同態(tài)算法，在Intel最新的Icelake處理器上，跑出來的效果等同于Intel的第一代8086處理器，直接回退了數(shù)十年。這使得全同態(tài)加密在現(xiàn)實(shí)情況下就不具備可用性了。算力問題也是導(dǎo)致全同態(tài)算法一直未得到廣泛應(yīng)用的根本原因。

在單機(jī)之間和計(jì)算機(jī)集群之間，會涉及到單機(jī)之間和集群之間的通信效率問題。一方面，主流的隱私計(jì)算技術(shù)無論是聯(lián)邦學(xué)習(xí)還是多方安全計(jì)算，都有通信問題。密文膨脹、傳輸次數(shù)膨脹，會導(dǎo)致單機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)傳輸效率成為隱私計(jì)算的瓶頸之一。另一方面，由于大多數(shù)隱私計(jì)算的場景都是跨多方的，多方要通過公網(wǎng)進(jìn)行通信，公網(wǎng)的帶寬與時(shí)延目前也是巨大的鴻溝。

性能的問題，會隨著時(shí)間的推移越來越嚴(yán)重。2021年，隱私計(jì)算的落地尚處于頗為早期的階段，主要是在一些機(jī)構(gòu)內(nèi)部或者是兩方、三方之間應(yīng)用，處理的數(shù)據(jù)量較小，這個(gè)問題還不明顯。可是未來，多方數(shù)據(jù)交換需求的到來、5G和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展所帶來的數(shù)據(jù)量急劇增大，最終導(dǎo)致的將是數(shù)據(jù)量爆發(fā)式的增長，這需要消耗大量的算力。到那時(shí)，隱私計(jì)算的性能將面臨巨大的挑戰(zhàn)。

但是，這并不意味著性能問題還很遙遠(yuǎn)，恰恰相反，它近在眼前。要解決隱私計(jì)算的算力問題，需要調(diào)用大量的服務(wù)器，這意味著即將攀升的巨大成本。“算力就是金錢。”一位業(yè)內(nèi)資深人士直言。

螞蟻破題軟硬結(jié)合

螞蟻集團(tuán)可信原生技術(shù)部是業(yè)界最早開始研究如何解決上述問題的團(tuán)隊(duì)之一，也是零壹財(cái)經(jīng)在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)的對該問題的解決方案最成體系的團(tuán)隊(duì)。

對可信問題的解決，現(xiàn)在已經(jīng)成為螞蟻集團(tuán)技術(shù)發(fā)展的核心方向之一。支付寶成立于2004年，此后15年間的技術(shù)發(fā)展主要是解決功能性和可用性的問題。但當(dāng)支付寶成為國民級應(yīng)用，解決了大部分功能可用性的問題以后，就要解決可靠性的問題，不能出現(xiàn)服務(wù)的不穩(wěn)定。著眼未來，可靠性問題的解決涉及到數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)的核心問題是隱私保護(hù)問題、系統(tǒng)是否足夠安全的問題。因此，在可用、可靠的基礎(chǔ)上，支付寶也需要解決可信的問題，這也是下一代金融基礎(chǔ)設(shè)施必須解決的問題。

為此，螞蟻集團(tuán)可信原生技術(shù)部組建于2018年，逐漸發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)包括云原生、安全容器、機(jī)密計(jì)算、可信硬件、小程序運(yùn)行時(shí)等底層硬核技術(shù)。從硬件的芯片設(shè)計(jì)到運(yùn)維管控系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)底層技術(shù)棧都有涉及，是螞蟻技術(shù)體系中底層中的底層。同時(shí)，幾乎螞蟻所有的業(yè)務(wù)線都是其客戶，所有部門對其技術(shù)都會有所要求。

2021年下半年，通過與螞蟻鏈摩斯團(tuán)隊(duì)的交流，螞蟻集團(tuán)可信原生技術(shù)總監(jiān)秦承剛發(fā)現(xiàn)，軟硬件結(jié)合可以幫助摩斯團(tuán)隊(duì)很好地提升隱私計(jì)算產(chǎn)品的能力。在這方面，螞蟻集團(tuán)可信原生技術(shù)部有成功經(jīng)驗(yàn)。2020年，螞蟻集團(tuán)曾經(jīng)發(fā)布過數(shù)據(jù)庫一體機(jī)和區(qū)塊鏈一體機(jī)，這兩款產(chǎn)品都是采用軟硬件結(jié)合提高了產(chǎn)品的安全性和性能，受到了市場的歡迎。

對安全性的提升，秦承剛告訴零壹財(cái)經(jīng)，螞蟻的思路是保障數(shù)據(jù)全生命周期的安全。隱私計(jì)算主要是解決數(shù)據(jù)在計(jì)算過程中不泄露的問題，這僅是數(shù)據(jù)安全的其中一個(gè)環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)從產(chǎn)生到計(jì)算再到消亡，會涉及采集、傳輸、存儲、計(jì)算、銷毀等多個(gè)環(huán)節(jié)，其生命周期可能會有數(shù)十年之久，要真正保障數(shù)據(jù)安全需要一個(gè)更加全方位的、體系化的解決方案，以使得每個(gè)環(huán)節(jié)上都有對應(yīng)的技術(shù)體系保障數(shù)據(jù)安全。

而這些技術(shù)，前幾年螞蟻集團(tuán)在建設(shè)內(nèi)部數(shù)據(jù)中心的時(shí)候都已經(jīng)趟過一遍，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。秦承剛介紹，在數(shù)據(jù)采集階段需要精心設(shè)計(jì)設(shè)備可信架構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸階段需要合理運(yùn)用安全協(xié)議，在存儲階段需要兼顧加密與性能，在數(shù)據(jù)計(jì)算階段需要靈活選擇可信執(zhí)行環(huán)境與密態(tài)運(yùn)算。除此以外，計(jì)算環(huán)境的可信與安全在防御縱深建設(shè)上也至關(guān)重要。這些安全保障能力的技術(shù)圖譜會涉及到可信計(jì)算、軟硬件供應(yīng)鏈安全、隔離技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與存儲的透明加密、密鑰管理、可信執(zhí)行環(huán)境等等。這其中每一個(gè)技術(shù)點(diǎn)都有軟硬件結(jié)合發(fā)揮的空間。在整個(gè)技術(shù)體系的硬件方面，螞蟻都有布局。螞蟻有自研的TPM可信根芯片、自研的密碼芯片和智能安全網(wǎng)卡，在可信計(jì)算、TEE等領(lǐng)域上也有了相當(dāng)?shù)墓ぷ鞣e累。在整個(gè)技術(shù)體系的軟件方面，螞蟻也做了許多協(xié)調(diào)優(yōu)化的工作。

對性能的優(yōu)化，秦承剛介紹，也需要軟硬件結(jié)合來進(jìn)行。如果只通過軟件優(yōu)化，即使是借助Intel最新的 Icelake處理器的IFMA指令，部分算子也僅能獲得10倍左右的加速能力，瓶頸很低。因此，未來必須借助專用的加速芯片或者是軟硬件結(jié)合的方式對算法進(jìn)行加速。通過GPU、FPGA甚至專用的ASIC芯片來解決密文運(yùn)算的速度問題。

在性能的優(yōu)化方面，螞蟻目前嘗試了對ECDH算法與全同態(tài)算法的加速。基于ECDH的加速器，一個(gè)隱私集合求交的運(yùn)算（PSI）原本需要7個(gè)小時(shí)，現(xiàn)在11分鐘就可以完成了，大約提升將近40倍。在全同態(tài)算法加速上，螞蟻現(xiàn)在也已經(jīng)有了一個(gè)初步的版本，目前還正在進(jìn)一步的優(yōu)化過程當(dāng)中，也能夠提升幾十倍的性能。

2021年9月，在世界互聯(lián)網(wǎng)大會上，螞蟻集團(tuán)正式對外發(fā)布由旗下螞蟻鏈團(tuán)隊(duì)研發(fā)的摩斯隱私計(jì)算一體機(jī)。

這個(gè)產(chǎn)品利用諸多螞蟻?zhàn)匝械男酒�、硬件、軟件�?shí)現(xiàn)了上述的軟硬件一體化解決方案。在提升安全性和性能方面，都做了大量工作。

在提升安全性方面，摩斯隱私計(jì)算一體機(jī)有多處創(chuàng)新。

首先，在操作系統(tǒng)上，螞蟻?zhàn)隽舜罅康陌踩�加固，包括螞蟻�?nèi)部使用的安全容器與Linux系統(tǒng)。通過這些技術(shù)，可以把應(yīng)用與基礎(chǔ)設(shè)施做很好的隔離。同時(shí)螞蟻也內(nèi)置了可信軟件棧，把可信計(jì)算和隱私計(jì)算做了充分的結(jié)合。

第二，在軟件方面，一體機(jī)內(nèi)置了螞蟻?zhàn)约旱乃惴◣�，它可以支撐一些通用協(xié)議，也能支撐一些密碼算法。同時(shí)，螞蟻結(jié)合多種處理器做了TEE易用性的工作。此外，螞蟻為隱私計(jì)算的應(yīng)用提供了一套容器管理平臺以及安全容器，在基礎(chǔ)安全上集成了可信計(jì)算、遠(yuǎn)程證明等功能。

第三，螞蟻已經(jīng)將工作深入到芯片層面。其一，這款一體機(jī)搭載了螞蟻?zhàn)匝械腡PM可信根芯片，這顆芯片實(shí)現(xiàn)了可信計(jì)算組織TCG的TPM 2．0的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，通過自研固件提升了芯片的安全性。同時(shí)，螞蟻與芯片廠商定制了動態(tài)度量功能。動態(tài)度量是指在系統(tǒng)運(yùn)行期間，能夠?qū)��?nèi)存中的核心數(shù)據(jù)進(jìn)行度量。如果某些核心的代碼段被別人篡改了，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并阻斷惡意代碼，這也螞蟻在芯片上的一大創(chuàng)新。這顆芯片已經(jīng)在螞蟻內(nèi)部數(shù)據(jù)中心得到了應(yīng)用。其二，一體機(jī)的密碼卡使用的是自研的螞蟻卡，它搭載了一顆ASIC芯片，具備SM2、SM3與SM4的加速能力。同時(shí)也能提供密鑰管理服務(wù)。這個(gè)密碼卡的ASIC芯片已經(jīng)獲得了國密二級資質(zhì)。                   

圖 螞蟻卡2代技術(shù)參數(shù)

來源：螞蟻集團(tuán)

在提升性能方面，摩斯隱私計(jì)算一體機(jī)也有所突破。一體機(jī)內(nèi)置了隱私計(jì)算加速卡，這張卡同時(shí)有FPGA和GPU兩個(gè)版本，分別適用于不同的場景。與前述ASIC芯片相結(jié)合，從目前國內(nèi)市場看，一體機(jī)的加速性能是處于第一梯隊(duì)的。

讓秦承剛感到有底氣的是，摩斯隱私計(jì)算一體機(jī)所搭載的技術(shù)和產(chǎn)品，都在螞蟻的真實(shí)業(yè)務(wù)中進(jìn)行過運(yùn)行和驗(yàn)證，其可靠性是經(jīng)受過實(shí)踐考驗(yàn)的。