Upgrade to Pro
— share decks privately, control downloads, hide ads and more …
Speaker Deck
Speaker Deck
PRO
Sign in
Sign up for free
準同型暗号による バーチャルセキュアプラットフォーム の開発/Development of Virtual Secure Platform
nindanaoto
February 16, 2020
Research
2
1.2k
準同型暗号による バーチャルセキュアプラットフォーム の開発/Development of Virtual Secure Platform
Run your encrypted C code AS IS!
https://github.com/virtualsecureplatform/kvsp
nindanaoto
February 16, 2020
Tweet
Share
More Decks by nindanaoto
See All by nindanaoto
準同型暗号による バーチャルセキュアプラットフォーム の開発
nindanaoto
1
200
TFHEのための多項式乗算入門
nindanaoto
2
460
Other Decks in Research
See All in Research
Making CRDTs Byzantine fault tolerant
ept
0
300
時間情報表現抽出とルールベース解析器のこれから / Temporal Expression Analysis in Japanese and Future of Rule-based Approach
yag_ays
0
860
Stock Prediction Using Facebook Sentiment with Python
tlyu0419
0
140
企業の業界分類予測における共変量シフト問題の抑制
taro_masuda
2
750
2021年度官庁訪問に関するアンケート調査
xkasumi
0
280
#osc22on 中国オープンソースムーブメントの盛り上がりと 中国最大のオープンソースアライアンス「開源社」の活動紹介
takasumasakazu
0
170
Celebrate UTIG: Staff and Student Awards 2022
utig
0
190
2022松井研研究室紹介
matsui_528
0
150
ECサイトにおけるデータ駆動型意思決定のための非線形テンソル因子分解を用いたVisual Analyticsシステムの検討
ae14watanabe
0
260
Generating a Pairwise Dataset for Click-through Rate Prediction of News Articles Considering Positions and Contents
upura
0
110
AI最新論文読み会2022年6月
ailaboocu
0
230
論文読み会資料When Shift Operation Meets Vision Transformer:An Extremely Simple Alternative to Attention Mechanism
sensetime_japan
1
1k
Featured
See All Featured
GraphQLの誤解/rethinking-graphql
sonatard
28
6.6k
BBQ
matthewcrist
74
7.9k
Done Done
chrislema
174
14k
Responsive Adventures: Dirty Tricks From The Dark Corners of Front-End
smashingmag
237
19k
Clear Off the Table
cherdarchuk
79
280k
The Mythical Team-Month
searls
209
39k
Making the Leap to Tech Lead
cromwellryan
113
7.4k
WebSockets: Embracing the real-time Web
robhawkes
57
5.4k
Fashionably flexible responsive web design (full day workshop)
malarkey
396
62k
How New CSS Is Changing Everything About Graphic Design on the Web
jensimmons
213
11k
YesSQL, Process and Tooling at Scale
rocio
157
12k
The Pragmatic Product Professional
lauravandoore
19
3k
Transcript
準同型暗号による バーチャルセキュアプラットフォーム の開発 松岡 航太郎 伴野 良太郎 松本 直樹 京都大学工学部 B3
通常のクラウドコンピューティング プログラムは平文で実行される
悪意ある第三者によって盗聴される恐れ (ハードウェアのバス信号を読むなど) 通常手法の問題点
提案手法:Virtual Secure Platform(VSP) プログラムを含めすべて暗号化した状態で実行 盗聴自体を無効化する
VSPの特徴 • プログラム・データすべてを暗号化 した状態で実行可能 • 数学的安全性の保証 • C言語による記述が可能 本プロジェクトが世界で初めて実現
None
未踏ロゴ反転デモ
平文 暗号化済み ROMダンプ
平 文 暗 号 化 済 み
暗号化されたプログラムを どのように実行するか?
通常のプログラム実行 実行バイナリ CPU 結果 コンパイラ によって生成 実行バイナリ を読み込み実行 結果を出力 101011100....
0100110100.... 画像出典:https://www.rockpapershotgun.com/2019/08/12/best-gaming-cpu-2019-2/
CPU内部の論理回路(一部) プ ロ グ ラ ム 結 果
暗号化されたプログラムを実行するには? 暗 号 化 さ れ た 結 果 暗
号 化 さ れ た プ ロ グ ラ ム ? ? ? ?
暗号化されたままで等価な処理を行う技術 準同型暗号
準同型暗号 暗号化された0と1に対して平文時と等価な処理を行う
暗号化されたプログラムを実行するには? 暗 号 化 さ れ た 結 果 暗
号 化 さ れ た プ ロ グ ラ ム ? ? ? ?
暗号化されたプログラムを実行するには? 暗 号 化 さ れ た 結 果 暗
号 化 さ れ た プ ロ グ ラ ム
None
物理的論理ゲート 準同型暗号 課題:準同型暗号の遅さ
課題に対する解決策 準同型暗号・CPU設計・コンパイラを 全ての面から最適化 本プロジェクトが世界で初めて実現
KVSP (Kyoto Virtual Secure Platform) • VSPのリファレンス実装 • KVSPをビルドすれば必要な全ての サブプロジェクトがビルドされる
kvsp github
VSP; Virtual Secure Platform
KVSPデモ
KVSPデモ
KVSPデモ
KVSPデモ
KVSPデモ
KVSPデモ
KVSPデモ
KVSPデモ
TFHE; Torus Fully Homomorphic Encryption • 使用している準同型暗号 • 既存実装を高速化 https://tfhe.github.io/tfhe/
KVSPデモ
CAHPv3 / cahp-diamond • VSPに使用している 独自命令セット/独自CPU設計 • ゲート数を削減し高速化
VSPの現状性能 • 約5.5秒/クロック on V100 • 約1.5秒/クロック on V100 x
8 • ROM・RAM:512バイトずつ コンピュータ黎明期の性能に相当
KVSPデモ
Fully Open Source! • 成果物は全てGitHubで公開中 • ライセンスはApache-2.0など https://github.com/virtualsecureplatform kvsp github
今後の展望 • 論文発表 • ハードウェアアクセラレータ • Multi Keyへの拡張
VSPの未来 • VSPは黎明期のコンピュータ • プログラム秘匿は無二の価値 • 演算器集積による性能向上 • 数十年後の普及
謝辞 GPU 版の開発にあたって さくらインターネット株式会社様より 高火力コンピューティング をお貸しいただきました。
ご清聴ありがとうございました VSPは • プログラム・データすべてを 暗号化した状態で実行可能 • 数学的安全性の保障 • C言語による記述が可能
計算量的安全性 • 古典的コンピュータ 154bit • 量子コンピュータ 95bit
None
CAHPv3 Diamond Iyokan LLVM TFHE
TFHE; Torus Fully Homomorphic Encryption • 使用している準同型暗号 • CPU向けはフルスクラッチ(TFHEpp) •
GPUは修正版(cuFHE)
CAHPv3 • CPUの上で動く独自命令セット • 16bitアーキテクチャ • 16/24bit可変長命令 • 実行バイナリサイズが小さい
CPU実装 VSP (Diamond) ARM Cortex M0+ • 独自開発のCPU • CAHPv3準拠
• 約 4,000 ゲート • IoT向けCPU • ARMv6-M準拠 • 約 12,000 ゲート
Cコンパイラ実装 • LLVMをベースにCAHPv3に対応 • LLVMの最適化フェーズを利用 ◦ 実行バイナリの効率化 ◦ 実行バイナリサイズの低減
Iyokan • 準同型暗号ゲートの並列実行基盤 • 回路情報を読み込み実行する • CPU(TFHEpp)/GPU(cuFHE)に対応 • 回路情報変換部(L1)・並列実行部 ※回路の合成はyosysを利用
None
None