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L’avenir du chiffrement entièrement homomorphe

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L’avenir du chiffrement entièrement homomorphe


Cet article sponsorisé vous est présenté par École d’ingénierie de NYU Tandon.

À l’ère numérique, où les informations circulent de manière transparente à travers le vaste réseau Internet, l’importance des données cryptées ne peut être surestimée. Alors que nous partageons, communiquons et stockons une quantité croissante d’informations sensibles en ligne, la nécessité de les protéger des regards indiscrets et des acteurs malveillants devient primordiale. Le cryptage sert de gardien numérique, plaçant nos données dans un coffre-fort d’algorithmes que seuls ceux qui possèdent la clé appropriée peuvent déverrouiller.

Qu’il s’agisse de messages personnels, de données de santé, de transactions financières ou de communications professionnelles confidentielles, le cryptage joue un rôle central dans le maintien de la confidentialité et l’intégrité de nos interactions numériques. En général, le chiffrement des données protège les données en transit : elles sont verrouillées dans un « conteneur » chiffré pour transiter sur des réseaux potentiellement non sécurisés, puis déverrouillées à l’autre extrémité, par l’autre partie pour analyse. Mais l’externalisation vers un tiers est par nature peu sûre.

Un homme aux cheveux courts châtain clair et à la barbe, portant des lunettes, sourit à la caméra.

Brandon Reagen, professeur adjoint d’informatique et d’ingénierie et de génie électrique et informatique à la NYU Tandon School of Engineering.

École d’ingénierie de NYU Tandon

Mais que se passerait-il si le cryptage n’existait pas uniquement pendant le transit et restait sans protection aux deux extrémités de la transmission ? Et s’il était possible d’effectuer tout votre travail sur ordinateur – des applications de base aux algorithmes complexes – entièrement crypté, du début à la fin.

C’est la tâche qu’assume Brandon Reagenprofesseur adjoint d’informatique et d’ingénierie et de génie électrique et informatique à la École d’ingénierie de NYU Tandon. Reagen, qui est également membre du Centre de NYU pour la cybersécurité, concentre ses recherches sur la conception d’accélérateurs matériels spécialisés pour des applications incluant le calcul préservant la confidentialité. Et maintenant, il prouve que l’avenir de l’informatique peut être respectueux de la vie privée tout en réalisant d’énormes progrès dans le traitement de l’information et la conception matérielle.

Cryptage global

Dans un monde où les cybermenaces sont en constante évolution et où les violations de données constituent une préoccupation constante, les données cryptées agissent comme un bouclier contre les accès non autorisés, le vol d’identité et autres cybercrimes. Il fournit aux particuliers, aux entreprises et aux organisations une base sécurisée sur laquelle ils peuvent bâtir leur confiance dans le domaine numérique.

L’objectif des chercheurs en cybersécurité est de protéger vos données contre toutes sortes d’acteurs malveillants : cybercriminels, entreprises avides de données et gouvernements autoritaires. Et Reagen pense que l’informatique cryptée pourrait apporter une réponse. « Ce type de cryptage peut vous apporter trois avantages majeurs : une sécurité améliorée, une confidentialité totale et parfois un contrôle sur la manière dont vos données sont utilisées », explique Reagen. « C’est un tout nouveau niveau de confidentialité. »

« Mon objectif est de développer des moyens d’exécuter des applications coûteuses, par exemple des réseaux neuronaux massifs, de manière rentable et efficace, n’importe où, depuis des serveurs massifs jusqu’aux smartphones. » —Brandon Reagen, NYU Tandon

Le chiffrement entièrement homomorphique (FHE), un type de calcul préservant la confidentialité, offre une solution à ce défi. FHE permet le calcul sur des données cryptées, ou texte chiffré, pour protéger les données à tout moment. Les avantages de FHE sont significatifs, depuis la possibilité d’utiliser des réseaux non fiables jusqu’à l’amélioration de la confidentialité des données. FHE est une technique cryptographique avancée, largement considérée comme le « Saint Graal du cryptage », qui permet aux utilisateurs de traiter des données cryptées tandis que les données ou les modèles restent cryptés, préservant ainsi la confidentialité des données tout au long du processus de calcul des données, et pas seulement pendant le transit.

Bien qu’un certain nombre de solutions FHE aient été développées, l’exécution de FHE dans un logiciel sur du matériel de traitement standard reste intenable pour les applications pratiques de sécurité des données en raison de la surcharge de traitement massive. Reagen et ses collègues ont récemment travaillé sur un projet financé par la DARPA appelé programme DPRIVE (Data Protection in Virtual Environments), qui vise à accélérer le calcul FHE à des niveaux plus utilisables.

Plus précisément, le programme cherche à développer de nouvelles approches en matière de mouvement et de gestion des données, de traitement parallèle, d’unités fonctionnelles personnalisées, de technologie de compilateur et de méthodes de vérification formelle qui garantissent que la conception de la mise en œuvre de FHE est efficace et précise, tout en réduisant considérablement la pénalité de performance encourue. par les calculs FHE. L’accélérateur cible devrait réduire le temps d’exécution des calculs de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux calculs FHE logiciels actuels sur des processeurs conventionnels, et accélérer les calculs FHE à un ordre de grandeur des performances actuelles sur des données non cryptées.

Le matériel promettant la confidentialité

Bien que la FHE se soit révélée possible, le matériel nécessaire à sa mise en pratique est encore rapidement développé par les chercheurs. Reagen et son équipe le conçoivent à partir de zéro, y compris de nouvelles puces, chemins de données, hiérarchies de mémoire et piles logicielles pour que tout fonctionne ensemble.

L’équipe a été la première à montrer que les niveaux extrêmes d’accélération nécessaires pour rendre l’HE réalisable étaient possibles. Et au début de l’année prochaine, ils commenceront à fabriquer leurs prototypes pour poursuivre leurs tests sur le terrain.

Reagen – qui a obtenu un doctorat en informatique de Harvard en 2018 et des diplômes de premier cycle en ingénierie des systèmes informatiques et en mathématiques appliquées de l’Université du Massachusetts à Amherst en 2012 – s’est concentré sur la création d’accélérateurs matériels spécialisés pour des applications telles que l’apprentissage en profondeur. Ces accélérateurs améliorent le matériel spécialisé qui peut devenir beaucoup plus efficace que les plates-formes à usage général telles que les processeurs. L’activation des accélérateurs nécessite des modifications de l’ensemble de la pile de calcul, et pour provoquer ce changement, il a contribué à plusieurs reprises à abaisser la barrière de l’utilisation des accélérateurs en tant que constructions architecturales générales, y compris l’analyse comparative, l’infrastructure de simulation et la conception de systèmes sur puce (SoC).

« Mon objectif est de développer des moyens d’exécuter des applications coûteuses, par exemple des réseaux neuronaux massifs, de manière rentable et efficace, n’importe où, depuis les serveurs massifs jusqu’aux smartphones », explique-t-il.

Avant de rejoindre NYU Tandon, Reagen était un ancien chercheur scientifique au sein de l’équipe AI Infrastructure Research de Facebook, où il s’est profondément impliqué dans l’étude de la vie privée. Cette combinaison d’une solide expérience en matériel informatique de pointe et d’un engagement en faveur de la sécurité numérique en a fait un candidat idéal pour NYU Tandon et le NYU Center for Cybersecurity, qui est à la pointe de la recherche sur la cybersécurité depuis sa création.

« Un grand nombre des gros problèmes que nous rencontrons actuellement dans le monde tournent autour des données. Pensez à la santé mondiale suite au COVID : si nous avions eu de meilleurs moyens de calculer l’analyse des données de santé mondiales et de partager des informations sans exposer les données privées, nous aurions peut-être pu répondre à la crise plus efficacement et plus tôt » —Brandon Reagen, NYU Tandon

Pour Reagen, il s’agit d’un moment passionnant dans l’histoire du calcul préservant la confidentialité, un domaine qui aura d’énormes implications pour l’avenir des données et de l’informatique.

« Je suis optimiste : je pense que cela pourrait avoir un impact aussi important que l’Internet lui-même », déclare Reagen. « Et la raison en est que, si l’on pense à bon nombre des gros problèmes que nous rencontrons actuellement dans le monde, beaucoup d’entre eux tournent autour des données. Pensez à la santé mondiale. Nous venons tout juste de sortir du COVID, et si nous avions eu de meilleurs moyens de calculer l’analyse des données de santé mondiales et de partager des informations sans exposer les données privées, nous aurions peut-être été en mesure de répondre à la crise plus efficacement et plus tôt. Si nous avions de meilleurs moyens de partager des données sur changement climatique En utilisant des données provenant du monde entier, sans révéler ce que chaque pays, état ou ville émettait réellement, on pourrait imaginer de meilleures façons de gérer et de lutter contre le changement climatique mondial. Ces problèmes sont en grande partie des problèmes de données, et ce type de logiciel peut nous aider à les résoudre.

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