მკვლევარებმა შეიმუშავეს უსაფრთხოების გადაწყვეტა ამ პაწაწინა ჩიპთან ერთად ძალაუფლებისთვის მშიერი AI მოდელებისთვის, რომელიც გთავაზობთ დაცვას ორი ჩვეულებრივი თავდასხმისგან.
ჯანმრთელობის მონიტორინგის აპლიკაციები შეუძლია დაეხმაროს ადამიანებს ქრონიკული დაავადებების მართვაში ან ფიტნესის მიზნების მიღწევაში, სმარტფონის გარდა. თუმცა, ეს აპლიკაციები შეიძლება იყოს ნელი და ენერგოეფექტური, რადგან მანქანური სწავლების უზარმაზარი მოდელები, რომლებიც მათ ამუშავებენ, უნდა გადაინაცვლოს სმარტფონსა და ცენტრალურ მეხსიერების სერვერს შორის.
ინჟინრები ხშირად აჩქარებენ პროცესებს ტექნიკის გამოყენებით, რაც ამცირებს ამდენი მონაცემების წინ და უკან გადაადგილების საჭიროებას. მიუხედავად იმისა, რომ ამ მანქანური სწავლების ამაჩქარებლებს შეუძლიათ გამოთვლების გამარტივება, ისინი მგრძნობიარეა თავდამსხმელების მიმართ, რომლებსაც შეუძლიათ საიდუმლო ინფორმაციის მოპარვა.
ამ დაუცველობის შესამცირებლად, MIT-ისა და MIT-IBM Watson AI Lab-ის მკვლევარებმა შექმნეს მანქანათმცოდნეობის ამაჩქარებელი, რომელიც მდგრადია ორი ყველაზე გავრცელებული ტიპის შეტევის მიმართ. მათ ჩიპს შეუძლია შეინახოს მომხმარებლის ჯანმრთელობის ჩანაწერები, ფინანსური ინფორმაცია ან სხვა სენსიტიური მონაცემები კონფიდენციალურად, ამასთან, საშუალებას აძლევს უზარმაზარ AI მოდელებს ეფექტურად იმუშაონ მოწყობილობებზე.
გუნდმა შეიმუშავა რამდენიმე ოპტიმიზაცია, რომელიც უზრუნველყოფს ძლიერ უსაფრთხოებას და მხოლოდ ოდნავ ანელებს მოწყობილობას. უფრო მეტიც, დამატებითი უსაფრთხოება გავლენას არ ახდენს გამოთვლების სიზუსტეზე. ეს მანქანათმცოდნეობის ამაჩქარებელი შეიძლება იყოს განსაკუთრებით მომგებიანი ხელოვნური ინტელექტის მომთხოვნი აპლიკაციებისთვის, როგორიცაა გაძლიერებული და ვირტუალური რეალობა ან ავტონომიური მართვა.
მიუხედავად იმისა, რომ ჩიპის დანერგვა მოწყობილობას ოდნავ უფრო ძვირს და ნაკლებ ენერგოეფექტურს გახდის, რაც ხანდახან ღირებული ფასია უსაფრთხოებისთვის, ამბობს წამყვანი ავტორი მაიტრეი აშოკი, ელექტროინჟინერიისა და კომპიუტერული მეცნიერებების (EECS) კურსდამთავრებული MIT-ში.
„მნიშვნელოვანია დიზაინის დაცვა თავიდანვე უსაფრთხოების გათვალისწინებით. თუ თქვენ ცდილობთ უსაფრთხოების მინიმალური ოდენობის დამატებას სისტემის დაპროექტების შემდეგ, ეს ძალიან ძვირია. ჩვენ შეგვეძლო ეფექტურად დავაბალანსოთ ბევრი ეს კომპრომისი დიზაინის ფაზაში“, - ამბობს აშოკი.
მისი თანაავტორები არიან საურავ მაჯი, EECS-ის კურსდამთავრებული; Xin Zhang და ჯონ კონი MIT-IBM Watson AI ლაბორატორიიდან; და უფროსი ავტორი ანანტა ჩანდრაკასანი, MIT-ის ინოვაციებისა და სტრატეგიის მთავარი ოფიცერი, ინჟინერიის სკოლის დეკანი და EECS-ის ვანევარ ბუშის პროფესორი. კვლევა წარმოდგენილი იქნება IEEE Custom Integrated Circuits Conference-ზე.
გვერდითი არხის მგრძნობელობა
მკვლევარებმა მიზნად ისახეს მანქანათმცოდნეობის ამაჩქარებლის ტიპი, რომელსაც ეწოდება ციფრული მეხსიერებაში გამოთვლა. ციფრული IMC ჩიპი ასრულებს გამოთვლებს მოწყობილობის მეხსიერებაში, სადაც მანქანური სწავლების მოდელის ნაწილები ინახება ცენტრალურ სერვერზე გადატანის შემდეგ.
მთელი მოდელი ძალიან დიდია მოწყობილობაზე შესანახად, მაგრამ მისი ნაწილებად დაყოფით და ამ ნაწილების მაქსიმალურად ხელახლა გამოყენებით, IMC ჩიპები ამცირებს მონაცემთა რაოდენობას, რომელიც უნდა გადავიდეს წინ და უკან.
მაგრამ IMC ჩიპები შეიძლება იყოს მგრძნობიარე ჰაკერების მიმართ. გვერდითი არხის თავდასხმის დროს ჰაკერი აკონტროლებს ჩიპის ენერგიის მოხმარებას და იყენებს სტატისტიკურ ტექნიკას მონაცემთა შებრუნების მიზნით, როგორც ჩიპი გამოთვლის. ავტობუსის გამოკვლევის შეტევის დროს, ჰაკერს შეუძლია მოდელისა და მონაცემთა ნაკრების ბიტები მოიპაროს ამაჩქარებელსა და ჩიპის გარეშე მეხსიერებას შორის კომუნიკაციის გამოკვლევით.
ციფრული IMC აჩქარებს გამოთვლას მილიონობით ოპერაციების ერთდროულად შესრულებით, მაგრამ ეს სირთულე ართულებს თავდასხმების თავიდან აცილებას უსაფრთხოების ტრადიციული ზომების გამოყენებით, ამბობს აშოკი.
მან და მისმა თანამშრომლებმა მიიღეს სამმხრივი მიდგომა გვერდითი არხისა და ავტობუსების შეტევების დაბლოკვის მიზნით.
პირველ რიგში, მათ გამოიყენეს უსაფრთხოების ზომები, სადაც მონაცემები IMC-ში იყოფა შემთხვევით ნაწილებად. მაგალითად, ბიტი ნული შეიძლება დაიყოს სამ ბიტად, რომლებიც კვლავ ნულის ტოლია ლოგიკური ოპერაციის შემდეგ. IMC არასოდეს ითვლის ყველა ნაწილს ერთსა და იმავე ოპერაციაში, ამიტომ გვერდითი არხის შეტევა ვერასოდეს შეძლებს რეალური ინფორმაციის რეკონსტრუქციას.
მაგრამ ამ ტექნიკის მუშაობისთვის, შემთხვევითი ბიტები უნდა დაემატოს მონაცემების გასაყოფად. იმის გამო, რომ ციფრული IMC ასრულებს მილიონობით ოპერაციას ერთდროულად, ამდენი შემთხვევითი ბიტის გენერირება ძალიან ბევრ გამოთვლას მოითხოვს. მათი ჩიპისთვის, მკვლევარებმა იპოვეს გამოთვლების გამარტივების გზა, რაც გააადვილებს მონაცემთა ეფექტურად გაყოფას, ხოლო შემთხვევითი ბიტების საჭიროების აღმოფხვრას.
მეორეც, მათ აღკვეთეს ავტობუსის გამოკვლევის შეტევები მსუბუქი შიფრის გამოყენებით, რომელიც შიფრავს მოდელს, რომელიც ინახება ჩიპის გარეშე მეხსიერებაში. ეს მსუბუქი შიფრი მხოლოდ მარტივ გამოთვლებს მოითხოვს. გარდა ამისა, ისინი მხოლოდ საჭიროების შემთხვევაში გაშიფრავდნენ ჩიპზე შენახული მოდელის ნაწილებს.
მესამე, უსაფრთხოების გასაუმჯობესებლად, მათ შექმნეს გასაღები, რომელიც გაშიფვრავს შიფრს პირდაპირ ჩიპზე, ვიდრე მოდელთან ერთად წინ და უკან გადაადგილება. მათ შექმნეს ეს უნიკალური გასაღები ჩიპის შემთხვევითი ვარიაციებიდან, რომლებიც წარმოების დროს არის დანერგილი, ფიზიკურად არაკლონირებადი ფუნქციის გამოყენებით.
„შესაძლოა ერთი მავთული მეორეზე ოდნავ სქელი იყოს. ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ ეს ვარიაციები წრედიდან ნულების და ერთების გამოსაყვანად. ყოველი ჩიპისთვის, ჩვენ შეგვიძლია მივიღოთ შემთხვევითი გასაღები, რომელიც უნდა იყოს თანმიმდევრული, რადგან ეს შემთხვევითი თვისებები მნიშვნელოვნად არ უნდა შეიცვალოს დროთა განმავლობაში“, - განმარტავს აშოკი.
მათ ხელახლა გამოიყენეს მეხსიერების უჯრედები ჩიპზე, გამოიყენეს ამ უჯრედებში არსებული ხარვეზები გასაღების შესაქმნელად. ეს მოითხოვს ნაკლებ გამოთვლას, ვიდრე გასაღების გენერირება ნულიდან.
„რადგან უსაფრთხოება გადამწყვეტ საკითხად იქცა edge მოწყობილობების დიზაინში, საჭიროა შეიქმნას სრული სისტემის დასტა, რომელიც ორიენტირებულია უსაფრთხო მუშაობაზე. ეს ნაშრომი ფოკუსირებულია მანქანური სწავლების დატვირთვის უსაფრთხოებაზე და აღწერს ციფრულ პროცესორს, რომელიც იყენებს ჯვარედინი ოპტიმიზაციას. იგი აერთიანებს დაშიფრულ მონაცემთა წვდომას მეხსიერებასა და პროცესორს შორის, მიდგომებს გვერდითი არხის შეტევების თავიდან აცილების მიზნით, რანდომიზაციის გამოყენებით და ცვალებადობის გამოყენებას უნიკალური კოდების შესაქმნელად. ასეთი დიზაინი გადამწყვეტი იქნება მომავალ მობილურ მოწყობილობებში“, - ამბობს ჩანდრაკასანი.
უსაფრთხოების ტესტირება
მათი ჩიპის შესამოწმებლად მკვლევარებმა აიღეს ჰაკერების როლი და ცდილობდნენ საიდუმლო ინფორმაციის მოპარვას გვერდითი არხისა და ავტობუსის გამოკვლევის შეტევების გამოყენებით.
მილიონობით მცდელობის შემდეგაც კი, მათ ვერ შეძლეს რაიმე რეალური ინფორმაციის რეკონსტრუქცია ან მოდელის ან მონაცემთა ნაკრების ნაწილების ამოღება. შიფრიც შეუვალი დარჩა. ამის საპირისპიროდ, მხოლოდ 5,000 ნიმუში დასჭირდა დაუცველი ჩიპიდან ინფორმაციის მოსაპარად.
უსაფრთხოების დამატებამ შეამცირა ამაჩქარებლის ენერგოეფექტურობა და ასევე მოითხოვა ჩიპის უფრო დიდი ფართობი, რაც უფრო ძვირს გახდიდა მის დამზადებას.
გუნდი გეგმავს შეისწავლოს მეთოდები, რომლებიც მომავალში შეამცირებს ენერგიის მოხმარებას და ჩიპის ზომას, რაც გაადვილებს მასშტაბის დანერგვას.
”რადგან ის ძალიან ძვირი ხდება, უფრო რთული ხდება ვინმეს დარწმუნება, რომ უსაფრთხოება მნიშვნელოვანია. მომავალმა მუშაობამ შეიძლება გამოიკვლიოს ეს კომპრომისები. შესაძლოა, ჩვენ შევძლოთ ეს ცოტა ნაკლებად უსაფრთხო, მაგრამ უფრო მარტივი განსახორციელებელი და ნაკლებად ძვირი გავხადოთ“, - ამბობს აშოკი.
დაწერილი ადამ ზევეს მიერ
