Intel Şifreyi Çözmeden Hesaplama Yapabilen Heracles Hızlandırıcısını Tanıttı

Intel, kriptografi dünyasında çığır açabilecek tek işlemci teknolojisini duyurdu. Heracles adı verilen yepyeni donanım, şifrelenmiş verilerin kilidini açmadan üzerinde işlem yapabilme yeteneğine sahip. Bu özellik, özellikle hepsi homomorfik şifreleme lüzumtiren işlemlerde devreye giriyor. Şirketin açıklamasına göre yepyeni çip, bu tür kriptografik iş yüklerinde norm sunucu işlemcilerini binlerce kat geride bırakıyor.

Yeni Çip Şifreli Veriler Üzerinde Doğrudan Hesaplama Yapabiliyor

Intel tarafından geliştirilen yepyeni mimari hepsi homomorfik şifreleme çipi kategorisine giren özel tek donanım yapısı kullanıyor. Bu yaklaşım verilerin şifresi çözülmeden işlem yapılabilmesine müsaade veriyor. Sistem veriyi depolar sırasında, ağ üzerinden iletim sırasında ve işlem yapılırken şifreli halde tutmaya devam ediyor.

Modern malumat işlem sistemlerinde veriler genelleme depolanırken ya da aktarılırken şifreleniyor. Ancak bilgi işlemciye ulaştığında çoğu sistemleri veriyi düz metinleri haline getirerek işliyor. Bu şart bazı saldırı yöntemlerinin ortaya çıkmasına nedenler olabiliyor.

Intel Heracles mimarisi şifre çözmeden bilgi işleme teknolojisi kullanıyor. Sistem veriyi hiçbir aşamada çözmeden doğrudan şifreli biçimde işleyebiliyor. Bu yaklaşım bilgi işleme sürecinde ortaya çıkabilecek güvenlik risklerini azaltmayı amaçlıyor.

Intel Heracles tasarımı klasik tek CPU mimarisi kullanmıyor. Çip x86 tabanlı yazılımları çalıştırmıyor. Donanım yalnızca kriptografik matematik işlemlerini hızlandırmak için tasarlanan tek homomorfik şifreleme hızlandırıcısı olarak görev yapıyor.

Intel tarafından paylaşılan icra verileri sistemin önemli tek hız avantajı sunduğunu gösteriyor. Heracles hızlandırıcısı 1.20 GHz frekansında çalışıyor. Sistem FHE matematiğinde kullanılan çeşitli işlem türlerinde büyük icra artışı sağlıyor.

Intel tarafından yapılan karşılaştırmaya göre Heracles çipi 24 çekirdekli Intel Xeon W7-3455 işlemcisine kıyasla yaklaşık 1.074 ile 5.547 kat arasında daha yüksek icra sağlayabiliyor. Bu sonuçlar hepsi homomorfik şifreleme işlemlerinin yüksek hesaplama maliyeti düşünüldüğünde önemli tek gelişme olarak görülüyor.

Heracles hızlandırıcısı yüksek paralellik üzerine kurulan özel tek hesaplama mimarisi kullanıyor. Çip tasarımında binlerce matematik işleminin aynı anda yürütülmesini sağlayan toplamı 8192 işlem hattı bulunuyor. Bu işlem hatları donanım içinde mekan saha 64 ayrı hesaplama bloğuna dağıtılmış durumda çalışıyor.

Bu bloklar birbirleriyle 8×8 örgü topolojisine malik tek bağlantı yapısı üzerinden iletişim kuruyor. Her hesaplama bloğu kriptografik algoritmalarda sık kullanılan modüler toplama, çıkarma ve çarpma işlemleri için özel olarak tasarlanmış devreler içeriyor. Donanım ayrıca homomorfik şifreleme algoritmalarında eleştirel görev oynayan NTT dönüşümlerini hızlandıran özel donanım birimleri da barındırıyor.

Mimari tasarım daha ileri kriptografik operasyonları da yardımliyor. Heracles donanımı bootstrapping ve automorphism gibi homomorfik şifreleme süreçlerinde kullanılan işlemleri doğrudan donanım seviyesinde gerçekleştirebiliyor. Bootstrapping mekanizması hesaplama sırasında oluşan kriptografik gürültüyü temizleyerek şifreli bilgi üzerinde daha uzunluğu ve karmaşık işlem zincirlerinin yürütülmesini sağlıyor.

Tasarım güçlü tek hafıza altyapısı ile çalışıyor. Çip 48 GB HBM3 yüksek bantları genişlikli hafıza içeriyor. Sistem ayrıca 64 MB dahili hızlı hafıza barındırıyor. Intel 3 üretim teknolojisi ile üretilen hızlandırıcı PCIe kartı olarak sunuculara takılarak kullanılabiliyor. Donanım yaklaşık 176 watt güç tüketimi ile çalışıyor.

Intel yepyeni donanımın çalışma mantığını göstermek için tek doğrulama senaryosu paylaştı. Senaryoda tek seçmen oyunun veritabanına doğru şekilde kaydedilip kaydedilmediğini denetim ediyor. Sistem veritabanındaki kayıtları tamamlanmış şifreli biçimde saklıyor.

Kullanıcı kişilik verisini ve oyları malumatsini şifreleyerek sisteme gönderiyor. Sunucu veriyi hiçbir aşamada çözmeden veritabanı ile eşleşme kontrolü yapıyor. Sistem sonucu yine şifreli biçimde kullanıcıya iletiyor. Intel tarafından yapılan ölçümlere göre aynı işlem gelenekselliği tek sunucu işlemcisinde yaklaşık 15 milisaniye sürüyor. Heracles hızlandırıcısı aynı işlemi yaklaşık 14 mikrosaniyede tamamlıyor.

Intel tarafından paylaşılan verilere göre işlem ölçeği büyüdüğünde icra farkı çok daha belirgin hale geliyor. Geleneksel CPU mimarisi 100 milyon kayıt doğrulamasını yaklaşık 17 günde tamamlıyor. Heracles hızlandırıcısı aynı işlemi yaklaşık 23 an içinde gerçekleştirebiliyor.