Ikertzaileek segurtasun-irtenbide bat garatu dute txip txiki honekin, bi eraso arrunten aurkako babesa eskaintzen duten botere-gose diren AI modeloetarako.
Osasuna kontrolatzeko aplikazioak Gaixotasun kronikoak kudeatzen lagun diezaieke jendeari edo fitness-helburuei jarraiki eusten, telefono adimenduna baino ez erabiliz. Hala ere, aplikazio hauek motelak eta energia-eraginkortasunik gabekoak izan daitezke, haiek elikatzen dituzten makina-ikaskuntza-eredu zabalak telefono mugikor baten eta memoria-zerbitzari zentral baten artean mugitu behar direlako.
Ingeniariek askotan bizkortu egiten dituzte gauzak hainbeste datu aurrera eta atzera mugitzeko beharra murrizten duen hardwarea erabiliz. Makina ikasteko azeleragailu hauek konputazioa erraztu dezaketen arren, informazio sekretua lapur dezaketen erasotzaileen aurrean jasan dezakete.
Zaurgarritasun hori murrizteko, MIT-eko eta MIT-IBM Watson AI Lab-eko ikertzaileek bi eraso mota ohikoenei erresistentea den ikaskuntza-azeleragailu automatikoa sortu zuten. Haien txipak erabiltzailearen osasun-erregistroak, finantza-informazioa edo bestelako datu sentikorrak pribatuak izan ditzake, AI eredu erraldoiak gailuetan eraginkortasunez exekutatzeko aukera ematen duen bitartean.
Taldeak segurtasun sendoa ahalbidetzen duten hainbat optimizazio garatu zituen gailua apur bat motelduz. Gainera, gehitutako segurtasunak ez du kalkuluen zehaztasunean eragiten. Makina ikasteko azeleragailu hau bereziki onuragarria izan daiteke AI aplikazio zorrotzetarako, hala nola errealitate areagotua eta birtuala edo gidatzeko autonomoa.
Txipa inplementatzeak gailu bat apur bat garestiagoa eta energetikoki eraginkorrago bihurtuko lukeen arren, batzuetan segurtasunagatik ordaintzeko balio duen prezioa da, dio Maitreyi Ashok egile nagusiak, MITeko ingeniaritza elektriko eta informatikako (EECS) graduondoko ikasleak.
«Garrantzitsua da segurtasuna kontuan hartuta diseinatzea oinarritik. Sistema bat diseinatu ondoren segurtasun kopuru minimo bat gehitzen saiatzen ari bazara, izugarri garestia da. Diseinu fasean konpromezu horietako asko orekatu ahal izan genituen", dio Ashok.
Bere egilekideen artean daude Saurav Maji, EECS graduko ikaslea; MIT-IBM Watson AI Lab-eko Xin Zhang eta John Cohn; eta egile nagusia Anantha Chandrakasan, MITko berrikuntza eta estrategiako arduradun nagusia, Ingeniaritza Eskolako dekanoa eta Vannevar Bush EECSko irakaslea. Ikerketa IEEE Custom Integrated Circuits Conference-n aurkeztuko da.
Alboko kanalen suszeptibilitatea
Ikertzaileek memoriako konputazio digitala izeneko makina ikasteko azeleragailu mota bat zuzendu zuten. IMC txip digital batek gailu baten memorian egiten ditu konputazioak, non makina-ikaskuntzako eredu baten zatiak gordetzen diren zerbitzari zentral batetik mugitu ondoren.
Eredu osoa handiegia da gailuan gordetzeko, baina zatitan zatituz eta zati horiek ahalik eta gehien berrerabiliz, IMC txipek atzera eta aurrera mugitu behar diren datu kopurua murrizten dute.
Baina IMC txipak hackerrak jasan ditzakete. Alboko kanaleko eraso batean, hacker batek txiparen energia-kontsumoa kontrolatzen du eta teknika estatistikoak erabiltzen ditu datuak alderantzizko ingeniaritza egiteko, txipak kalkulatzen dituen bitartean. Autobusak probatzeko eraso batean, hacker-ak modeloaren eta datu-multzoaren bitak lapur ditzake azeleragailuaren eta txip kanpoko memoriaren arteko komunikazioa probatuz.
IMC digitalak konputazioa bizkortzen du milioika eragiketa aldi berean eginez, baina konplexutasun horrek zaila egiten du ohiko segurtasun neurriak erabiliz erasoak saihestea, dio Ashok.
Berak eta bere kolaboratzaileek hiru ardatz hartu zituzten alboko kanalen eta autobusen inguruko erasoak blokeatzeko.
Lehenik eta behin, segurtasun neurri bat erabili zuten, non IMCko datuak ausazko zatitan banatzen diren. Adibidez, zero bit bat eragiketa logiko baten ondoren zero berdina duten hiru bitan zatitu liteke. IMCak ez du inoiz konputatzen pieza guztiekin eragiketa berean, beraz, alboko kanaleko eraso batek ezin du inoiz benetako informazioa berreraiki.
Baina teknika honek funtziona dezan, ausazko bitak gehitu behar dira datuak zatitzeko. IMC digitalak milioika eragiketa aldi berean egiten dituenez, hainbeste ausazko bit sortzeak informatika gehiegi suposatuko luke. Beren txiparentzat, kalkuluak sinplifikatzeko modu bat aurkitu zuten ikertzaileek, datuak modu eraginkorrean banatzea erraztuz, ausazko biten beharra ezabatuz.
Bigarrenik, bus-probing erasoak saihestu zituzten txip kanpoko memorian gordetako eredua zifratzen duen zifra arin bat erabiliz. Zifratze arin honek kalkulu sinpleak baino ez ditu behar. Horrez gain, beharrezkoa denean txipan gordetako modeloaren piezak soilik deszifratu zituzten.
Hirugarrenik, segurtasuna hobetzeko, zifratua zuzenean deszifratzen duen gakoa sortu dute txipan, ereduarekin batera eta bestera mugitu beharrean. Fabrikazioan zehar sartzen diren txiparen ausazko aldaketetatik sortu zuten gako berezi hau, fisikoki klonaezina den funtzioa deritzona erabiliz.
«Agian alanbre bat beste bat baino pixka bat lodiagoa izango da. Aldaera hauek zirkuitu batetik zeroak eta batak ateratzeko erabil ditzakegu. Txip bakoitzeko, koherentea izan beharko lukeen ausazko gako bat lor dezakegu, ausazko propietate hauek denboran zehar nabarmen aldatu behar ez direlako”, azaldu du Ashok-ek.
Txiparen memoria-zelulak berrerabili zituzten, zelula horien akatsak aprobetxatuz gakoa sortzeko. Horrek konputazio gutxiago behar du gako bat hutsetik sortzeak baino.
"Segurtasuna ertzeko gailuen diseinuan arazo kritikoa bihurtu denez, funtzionamendu seguruan zentratzen den sistema-pila osoa garatu beharra dago. Lan honek ikaskuntza automatikoko lan kargaren segurtasunean oinarritzen da eta zeharkako optimizazioa erabiltzen duen prozesadore digital bat deskribatzen du. Memoriaren eta prozesadorearen arteko datu enkriptatutako sarbidea, alboko kanaleko erasoak ausazkotasuna erabiliz prebenitzeko planteamenduak eta aldakortasuna baliatzen ditu kode bereziak sortzeko. Horrelako diseinuak funtsezkoak izango dira etorkizuneko gailu mugikorretan”, dio Chandrakasanek.
Segurtasun-probak
Haien txipa probatzeko, ikertzaileek hackerren papera hartu zuten eta informazio sekretua lapurtzen saiatu ziren alboko kanalen eta autobusen bidezko erasoak erabiliz.
Milioika saiakera egin ondoren ere, ezin izan zuten benetako informaziorik berreraiki edo ereduaren edo datu-multzoaren zatiak atera. Zifrak ere hautsezin jarraitzen zuen. Aitzitik, babesik gabeko txip batetik informazioa lapurtzeko 5,000 lagin inguru besterik ez ziren behar.
Segurtasuna gehitzeak azeleragailuaren energia-eraginkortasuna murriztu zuen, eta txip-eremu handiagoa ere behar zuen, eta horrek fabrikazioa garestituko zuen.
Taldeak etorkizunean beren txiparen energia-kontsumoa eta tamaina murrizteko metodoak aztertzea aurreikusten du, eskalan errazago inplementatzea ahalbidetuko luketenak.
«Garestiegia bilakatzen denez, zailagoa da norbait segurtasuna funtsezkoa dela sinestatzea. Etorkizuneko lanek konpromezu horiek azter ditzake. Agian apur bat seguruagoa baina inplementatzeko errazagoa eta garestiagoa izan genezake", dio Ashok.
Adam Zewe-k idatzia
