清華新聞網(wǎng)10月16日電 在集成電路供應(yīng)鏈全球化的背景下，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的設(shè)計(jì)、制造和封測(cè)等環(huán)節(jié)往往分布于不同國(guó)家和地區(qū)，增加了隱私和知識(shí)產(chǎn)權(quán)泄露的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是在新興AI體系架構(gòu)和應(yīng)用的推動(dòng)下，新一代智能加速設(shè)備和模型數(shù)據(jù)成為焦點(diǎn)。近年來(lái)研究火熱的存內(nèi)計(jì)算架構(gòu)，作為一種有望突破傳統(tǒng)馮諾依曼架構(gòu)存儲(chǔ)墻瓶頸的新型高效架構(gòu)，已實(shí)現(xiàn)多種硬件混淆防御設(shè)計(jì)，顯著降低了從數(shù)據(jù)層面和設(shè)計(jì)層面引發(fā)的隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)。然而，現(xiàn)有已知的全部14種存算硬件混淆防御架構(gòu)缺乏完備的安全理論支撐，并且都依賴于顯式的硬件輔助電路，這導(dǎo)致了算法層面魯棒性低。如何針對(duì)現(xiàn)有存算硬件混淆防御架構(gòu)的安全性開展系統(tǒng)性分析，從而降低隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)、提升穩(wěn)健性，成為AI計(jì)算加速芯片與系統(tǒng)的迫切需求。
圖1.存內(nèi)計(jì)算架構(gòu)隱私性分析
近日，清華大學(xué)電子工程系楊華中教授團(tuán)隊(duì)的李學(xué)清副教授和鄧舒文助理教授的研究在存內(nèi)計(jì)算混淆防御架構(gòu)方向取得了進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究了現(xiàn)有14種存內(nèi)計(jì)算混淆防御架構(gòu)，并從機(jī)密性、完整性和可用性三個(gè)角度系統(tǒng)性分析了混淆防御架構(gòu)的機(jī)制，提出了一種統(tǒng)一的分析模型，并通過(guò)參數(shù)向量的形式將不同的混淆防御架構(gòu)歸納總結(jié)，進(jìn)而推廣到更全面的設(shè)計(jì)空間。該工作針對(duì)14種存內(nèi)計(jì)算混淆防御架構(gòu)，系統(tǒng)總結(jié)了176個(gè)不同的設(shè)計(jì)參數(shù)點(diǎn)，并針對(duì)每個(gè)參數(shù)點(diǎn)進(jìn)行算法層面的魯棒性分析。為了使魯棒性分析能夠適用于存內(nèi)計(jì)算獨(dú)特的存儲(chǔ)特性和混合信號(hào)域計(jì)算特性，論文首次創(chuàng)新地提出了功能近似重構(gòu)方法和基于布爾滿意度的容偏算法，并深入分析了所提出方法的適用性和可擴(kuò)展性。評(píng)估數(shù)據(jù)一方面證實(shí)了現(xiàn)有的14種存內(nèi)計(jì)算混淆防御架構(gòu)在算法魯棒性層面的共性漏洞，另一方面對(duì)未來(lái)存內(nèi)計(jì)算安全性設(shè)計(jì)提供了新思路。
圖2.提出的CiMSAT研究框架
圖3.針對(duì)存內(nèi)計(jì)算隱私架構(gòu)提出的功能重構(gòu)和容偏處理算法
相關(guān)成果以“CiMSAT：利用SAT分析評(píng)估存內(nèi)計(jì)算架構(gòu)混淆防御安全”（CiMSAT: Exploiting SAT Analysis to Attack Compute-in-Memory Architecture Defenses）為題，被第31屆計(jì)算機(jī)與通信安全會(huì)議（ACM Computer and Communications Security 2024, CCS2024）接收。
第31屆計(jì)算機(jī)與通信安全會(huì)議
第31屆計(jì)算機(jī)與通信安全會(huì)議（ACM Computer and Communications Security 2024, CCS2024）于2024年10月14日至18日在美國(guó)鹽湖城舉行。CCS與USENIX Security、IEEE S&P、NDSS并稱為信息安全領(lǐng)域水平最高、影響力最強(qiáng)的“四大頂會(huì)”，也是中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)推薦的CCF-A類會(huì)議。本次會(huì)議的錄用率僅為16.9%（331/1964），收錄研究成果通常代表著當(dāng)前信息安全研究進(jìn)展的最高水平，也是目前統(tǒng)計(jì)中，清華大學(xué)電子系首次以第一單位發(fā)表信息安全領(lǐng)域“四大頂會(huì)”。清華大學(xué)電子工程系2022級(jí)博士生王健豐為論文第一作者，李學(xué)清和鄧舒文為論文通訊作者，研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
供稿：電子系
編輯：李華山
審核：郭玲
