Intel Şifreyi Çözmeden Hesaplama Yapabilen Heracles Hızlandırıcısını Tanıttı

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

Yeni Çip Şifreli Veriler Üzerinde Doğrudan Hesaplama Yapabiliyor

Intel tarafından geliştirilen yeni mimari tam homomorfik şifreleme çipi kategorisine giren özel bir donanım yapısı kullanıyor. Bu yaklaşım verilerin şifresi çözülmeden işlem yapılabilmesine izin veriyor. Sistem veriyi depolama sırasında, ağ üzerinden iletim sırasında ve işlem yapılırken şifreli halde tutmaya devam ediyor.

Modern bilgi işlem sistemlerinde veriler genellikle depolanırken veya aktarılırken şifreleniyor. Ancak veri işlemciye ulaştığında çoğu sistem veriyi düz metin haline getirerek işliyor. Bu durum bazı saldırı yöntemlerinin ortaya çıkmasına neden olabiliyor.

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

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

Intel tarafından paylaşılan performans verileri sistemin önemli bir hız avantajı sunduğunu gösteriyor. Heracles hızlandırıcısı 1.20 GHz frekansında çalışıyor. Sistem FHE matematiğinde kullanılan çeşitli işlem türlerinde büyük performans 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 performans sağlayabiliyor. Bu sonuçlar tam homomorfik şifreleme işlemlerinin yüksek hesaplama maliyeti düşünüldüğünde önemli bir gelişme olarak görülüyor.

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

Bu bloklar birbirleriyle 8×8 örgü topolojisine sahip bir 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 kritik rol oynayan NTT dönüşümlerini hızlandıran özel donanım birimleri de barındırıyor.

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

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

Intel yeni donanımın çalışma mantığını göstermek için bir doğrulama senaryosu paylaştı. Senaryoda bir seçmen oyunun veritabanına doğru şekilde kaydedilip kaydedilmediğini kontrol ediyor. Sistem veritabanındaki kayıtları tamamen şifreli biçimde saklıyor.

Kullanıcı kimlik verisini ve oy bilgisini 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 geleneksel bir sunucu işlemcisinde yaklaşık 15 milisaniye sürüyor. Heracles hızlandırıcısı aynı işlemi yaklaşık 14 mikrosaniyede tamamlıyor.

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