在Rust SGX SDK、 Linux、、等子項(xiàng)目相繼開源后，多方矚目的下一代安全計(jì)算平臺(tái)開源在，開源許可為 2.0。
是全球首個(gè)通用安全計(jì)算平臺(tái)（ ，簡(jiǎn)稱USC）。它為對(duì)安全和隱私有強(qiáng)訴求的場(chǎng)景提供了下一代通用安全計(jì)算能力，使得敏感數(shù)據(jù)即便在企業(yè)外環(huán)境和離岸場(chǎng)景下也能安全受控的流通和處理，而不會(huì)被泄漏或者濫用。這在全球關(guān)注隱私的今天格外重要，使得很多大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為可能。同時(shí)，由于USC/天生的弱中心架構(gòu)，也使得它和區(qū)塊鏈形成完美的互補(bǔ)，填補(bǔ)了區(qū)塊鏈急缺的高性能隱私數(shù)據(jù)處理能力。
綜合采用三項(xiàng)核心安全技術(shù)，包括百度安全實(shí)驗(yàn)室提出的混合內(nèi)存安全技術(shù)（ 與Non- ），機(jī)密計(jì)算技術(shù)（ ，如Intel SGX），以及可信計(jì)算技術(shù)（如TPM），構(gòu)建了完整的FaaS通用計(jì)算框架，提供了嚴(yán)密而實(shí)用的隱私和安全保障能力。與傳統(tǒng)基于密碼學(xué)的多方安全計(jì)算或全同態(tài)加密技術(shù)相比，USC/性能一般會(huì)快百倍以上，而且編程模式與傳統(tǒng)編程一致，適合普通程序員快速上手進(jìn)行應(yīng)用。后繼版本也會(huì)支持（百度安全實(shí)驗(yàn)室推出的內(nèi)存安全的）等安全語(yǔ)言，進(jìn)一步降低開發(fā)門檻。
背景介紹
大數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、云/邊緣計(jì)算和區(qū)塊鏈等新興技術(shù)正在以前所未有的速度帶動(dòng)社會(huì)的發(fā)展，但同時(shí)也帶來(lái)了各種新的隱私和安全問(wèn)題：在公有云和區(qū)塊鏈上，醫(yī)療健康和財(cái)務(wù)記錄等敏感數(shù)據(jù)可能會(huì)被不可信的程序分析處理，造成隱私泄露；在機(jī)構(gòu)內(nèi)數(shù)據(jù)交換時(shí)ug8.0所需的提供商守護(hù)程序停止運(yùn)行，不同類別機(jī)密信息可能跨越合規(guī)許可邊界，落入惡意使用者之手；離岸數(shù)據(jù)供應(yīng)鏈中各種隱私失控事件也層出不窮，給各家企業(yè)造成了經(jīng)濟(jì)、法律和名譽(yù)的沖擊。
除了數(shù)據(jù)隱私，機(jī)器學(xué)習(xí)模型本身的保護(hù)也亟待解決——模型一旦泄露，攻擊者可以盜用知識(shí)產(chǎn)權(quán)，或利用模型的弱點(diǎn)輕松發(fā)起白盒攻擊。想象一下如果我們的自動(dòng)駕駛模型或者智能安防模型的弱點(diǎn)被攻擊者掌握，后果讓人不寒而栗。
面對(duì)所有這些風(fēng)險(xiǎn)情景，我們迫切需要一種可信賴且安全的機(jī)制，保障商業(yè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)安全可控，使我們能夠在不完全可信的環(huán)境中依然能確保隱私數(shù)據(jù)和計(jì)算模型不被泄漏或?yàn)E用，同時(shí)最大程度的提供功能、性能、兼容性和靈活性的支持。正是基于這些出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行的設(shè)計(jì)與開發(fā)，通過(guò)提供完整的“通用安全計(jì)算”軟件棧（ , USC），幫助大數(shù)據(jù)和AI產(chǎn)業(yè)提供下一代數(shù)據(jù)隱私和安全解決方案。
如圖所示，通過(guò)提供可信且安全的隔離執(zhí)行計(jì)算環(huán)境，重新定義了未來(lái)的大數(shù)據(jù)商業(yè)模式。即使客戶端和服務(wù)/平臺(tái)提供商不完全相互信任，也可以有效地保護(hù)數(shù)據(jù)或模型的機(jī)密性和完整性。同時(shí)，大大簡(jiǎn)化了可信計(jì)算基礎(chǔ)（TCB）、信任邊界、和信任模型復(fù)雜度，讓整個(gè)軟件棧的審計(jì)和驗(yàn)證變得實(shí)際可操作。
技術(shù)優(yōu)勢(shì)內(nèi)存安全
“”源自“ Safe TEE”。雖然各類硬件TEE（例如Intel SGX）已經(jīng)提供了強(qiáng)大的可信安全計(jì)算基礎(chǔ)，他們并不保證里面運(yùn)行軟件的內(nèi)存安全性。諸如use after free、 free、 等內(nèi)存安全問(wèn)題為攻擊者提供了侵入TEE的可乘之機(jī)。傳統(tǒng)的形式化驗(yàn)證方案極為耗費(fèi)時(shí)間和人力，例如最經(jīng)典的seL4驗(yàn)證，至少需要消耗8人年——而且任何改動(dòng)都要再花同樣量級(jí)的開銷來(lái)重新驗(yàn)證。這對(duì)需要不停往前迭代、增刪功能的實(shí)際軟件棧而言是很難接受的。
因此，通過(guò)Rust這樣的內(nèi)存安全編程語(yǔ)言重構(gòu)系統(tǒng)成為了更為實(shí)際的選擇。這種編譯時(shí)即保證內(nèi)存安全的方案省去了運(yùn)行時(shí)檢查內(nèi)存安全問(wèn)題的煩惱，增量迭代時(shí)也能延續(xù)內(nèi)存安全特性，省卻了昂貴的形式化證明。同時(shí)，由于絕大多數(shù)檢查發(fā)生在編譯時(shí)，運(yùn)行時(shí)極為高效，并不會(huì)犧牲性能（Rust性能和C/C++基本無(wú)異）。
不過(guò)，完全將所有組件用Rust重寫也不是簡(jiǎn)單的任務(wù)。很多時(shí)候Rust開發(fā)的內(nèi)存安全的組件需要和C/C++等非內(nèi)存安全組件并存。因此努力遵循以下混合內(nèi)存安全三原則：
隔離并模塊化由非內(nèi)存安全代碼編寫的組件，并最小化其代碼量。
由非內(nèi)存安全代碼編寫的組件不應(yīng)減弱安全模塊的安全性，尤其是公共 API 和公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
由非內(nèi)存安全代碼編寫的組件需清晰可辨識(shí)并且易于更新。
易審計(jì)的不可繞過(guò)檢查
（Non- ）
內(nèi)存安全一旦有所保障，程序的控制流和數(shù)據(jù)流便有了完整性保障基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，采用了“不可繞過(guò)范式”（Non- ），約束所有控制流和數(shù)據(jù)流必須經(jīng)過(guò)關(guān)鍵檢查點(diǎn)，顯著減輕了審計(jì)和訪問(wèn)控制的難度，極大縮小了攻擊面，歸約了訪問(wèn)控制策略的部署，也讓以此為基礎(chǔ)的安全形式化驗(yàn)證變得實(shí)際可行。
加密隔離和遠(yuǎn)程驗(yàn)證
傳統(tǒng)云計(jì)算和區(qū)塊鏈無(wú)法保證數(shù)據(jù)和代碼的完整性和保密性，這也成為了不少用戶應(yīng)用采納這些方案的阻礙。很好地解決了這一難題。通過(guò)利用包括Intel SGX在內(nèi)的TEE，安全地將云用戶的數(shù)據(jù)和代碼執(zhí)行隔離、加密起來(lái)，即使云計(jì)算環(huán)境里的操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)管理器（VMM/）、或相鄰的其他虛擬機(jī)被攻破或作惡，這些數(shù)據(jù)代碼的完整性和保密性都能得到保障。用戶也可以通過(guò)遠(yuǎn)程地驗(yàn)證執(zhí)行環(huán)境，確保遠(yuǎn)程執(zhí)行的代碼是否符合預(yù)期。值得注意的是，將遠(yuǎn)程驗(yàn)證直接融入在了端到端加密通信里，在建立加密數(shù)據(jù)傳輸通道的同時(shí)，確保傳輸目的地即是期望的環(huán)境。結(jié)合前述內(nèi)存安全和不可繞過(guò)檢查，從外至內(nèi)、由硬到軟，將攻擊者突防的可能性縮小到極限，而且保證了數(shù)據(jù)一旦離手，無(wú)論傳輸、遠(yuǎn)程計(jì)算、遠(yuǎn)程存儲(chǔ)，一直得到可驗(yàn)證的隔離與加密保護(hù)。
靈活可配置的安全等級(jí)
兼容包括TPM、Intel SGX/MKTME、AMD SEV/SME、ARM 、乃至Risc-V 、FPGA等廣泛的TEE平臺(tái)。這一方面提供了廣譜的運(yùn)行環(huán)境支持，也能為不同安全等級(jí)需求的場(chǎng)景提供不同寬松度的硬件依賴要求。特別地，劃分了五個(gè)檔次的安全支持等級(jí)：
Level 1：沒(méi)有信任和安全保護(hù)的傳統(tǒng)模式。
Level 2：完全基于軟件（）建立信任，通過(guò)環(huán)境因子采集度量、白盒加密隱藏密鑰、反調(diào)試、混淆等方案提供軟件級(jí)的強(qiáng)對(duì)抗能力。通過(guò) Linux（用Rust/Go等內(nèi)存安全語(yǔ)言重構(gòu)用戶空間、縮小內(nèi)核攻擊面的Linux發(fā)行版）和不可繞過(guò)的強(qiáng)訪問(wèn)控制（Non- ，縮寫NBGW）相結(jié)合，可以進(jìn)一步增強(qiáng)安全性。
Level 3：增加安全可信的啟動(dòng)鏈驗(yàn)證（例如基于TPM、的安全啟動(dòng)）。用戶同樣可以增加 Linux和NBGW來(lái)增強(qiáng)動(dòng)態(tài)安全性。對(duì)于多租戶場(chǎng)景，可以在輕量級(jí)安全（例如Kata ）的幫助下提供更進(jìn)一步的隔離。
Level 4：進(jìn)一步通過(guò)物理內(nèi)存自動(dòng)加密（Intel MKTME或AMD SEV），抵御冷啟動(dòng)攻擊（cold boot ）和大多數(shù)基于軟件的攻擊。
Level 5：利用多重遠(yuǎn)程驗(yàn)證（ ）及 技術(shù)（如Intel SGX）提供極強(qiáng)的隔離和加密。通過(guò)嵌套TPM和 Linux，以確保外部操作系統(tǒng)也是可靠和安全的，抵御針對(duì)技術(shù)的側(cè)信道攻擊（side ）。
功能豐富、性能優(yōu)異
在提供極致安全的同時(shí)并未舍棄功能和性能。為各類TEE平臺(tái)提供了統(tǒng)一的“函數(shù)即服務(wù)”（ as a ，縮寫FaaS）抽象API，開發(fā)者可以輕松地開發(fā)可遷移的TEE程序；在此基礎(chǔ)上，還封裝了一層/抽象層，讓開發(fā)門檻和成本進(jìn)一步降低，提升了開發(fā)靈活度。不僅如此，還預(yù)置了大部分常見(jiàn)計(jì)算模型，對(duì)于加解密、證書管理、隱私保護(hù)的集合操作、線性回歸、GBDT、深度學(xué)習(xí)等等眾多大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)場(chǎng)景，直接調(diào)用已經(jīng)提供好的接口即可勝任。
而的性能表現(xiàn)也非常出色，舉例如下（以下性能數(shù)據(jù)采集自Intel Mini PC，測(cè)試均發(fā)生在最高安全級(jí)Intel SGX模式下，數(shù)據(jù)和計(jì)算始終隔離且加密）：
場(chǎng)景案例區(qū)塊鏈和云服務(wù)
除了單獨(dú)提供安全計(jì)算服務(wù)，也非常適合在區(qū)塊鏈和云計(jì)算的場(chǎng)景下提供通用安全計(jì)算應(yīng)用。如圖所示，在保護(hù)下，我們可以跨越不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建區(qū)塊鏈，從而安全地利用各種計(jì)算資源。無(wú)論數(shù)據(jù)/代碼何時(shí)流入，無(wú)論何時(shí)處理數(shù)據(jù)/代碼，無(wú)論底層平臺(tái)如何，數(shù)據(jù)/代碼所有者始終可以確保機(jī)密性和完整性保護(hù)。如此一來(lái)，數(shù)據(jù)隱私和完整性等區(qū)塊鏈和云計(jì)算用戶的痛點(diǎn)都得到了妥善解決。
安全多方計(jì)算
在跨部門或跨公司數(shù)據(jù)協(xié)作場(chǎng)景，相互間的隱私需求是協(xié)作的首要條件，安全多方計(jì)算（SMC）因而變得越來(lái)越重要。傳統(tǒng)的基于密碼學(xué)的SMC有諸多局限性，而使用完成的安全多方計(jì)算則提供了最佳解決方案：
基于密碼學(xué)的SMC場(chǎng)景一旦開始運(yùn)行，計(jì)算成員和算法已經(jīng)確定，很難動(dòng)態(tài)變化和修改，缺少靈活性；直接在保護(hù)環(huán)境中對(duì)明文進(jìn)行可信和安全的計(jì)算，因此不會(huì)施加這種限制。
基于密碼學(xué)的SMC場(chǎng)景需要每個(gè)參與方兩兩互信并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，導(dǎo)致很大的延遲和吞吐開銷；用可信節(jié)點(diǎn)替代多方互信，計(jì)算參與者只需與中央可信節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)即可，極大消除了不必要的通信，大大提高效率和性能。
在多方計(jì)算時(shí)到底有多高效呢？上圖以隱私保護(hù)的集合求交（ set ，縮寫PSI）為例，橫軸是求交集合的大小，縱軸是求交所需時(shí)間。一些前沿的密碼學(xué)方案很快就發(fā)生了超時(shí)，即便不超時(shí)的方案性能也只有的一半甚至三分之一。事實(shí)上，參與者越多，要分析的數(shù)據(jù)集越大，與傳統(tǒng)方法相比，會(huì)顯示出更大的優(yōu)勢(shì)，可以解決密碼學(xué)SMC無(wú)法完成的復(fù)雜計(jì)算場(chǎng)景問(wèn)題。
安全Key Vault和HSM
原生提供了高安全等級(jí)的秘鑰保護(hù)和加解密操作，可以提供類比傳統(tǒng)Key Vault和HSM的功能，安全地存儲(chǔ)和控制對(duì)密鑰/證書的訪問(wèn)。前面提到即便在SGX里也可以做到每秒1萬(wàn)次RSA簽名，或者500萬(wàn)次AES加解密，遠(yuǎn)勝一些傳統(tǒng)HSM（每秒1200次RSA簽名，或者2000次AES加解密）。
安全的AI計(jì)算
已經(jīng)在所有安全級(jí)別（包括Level 5的Intel SGX）中支持了GBDT，線性回歸以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。特別地，主流的AI框架（例如，Caffe等）生成的CNN / RNN模型都可以方便地轉(zhuǎn)換并加載到里，以保護(hù)模型和數(shù)據(jù)不受惡意攻擊的影響，并且可以同時(shí)支持模型推理和訓(xùn)練。
性能對(duì)于AI應(yīng)用程序至關(guān)重要，因此還進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化以提高AI模型的執(zhí)行效率。上圖顯示了在最高安全等級(jí)（Intel SGX）中運(yùn)行 50與在正常情況下運(yùn)行相比的時(shí)間消耗——僅增加了20％的開銷。通過(guò)這一點(diǎn)有限的額外開銷，沒(méi)有任何其他安全解決方案可以提供與同等級(jí)的機(jī)密性和完整性保障。
強(qiáng)大的開放生態(tài)
百度首席安全科學(xué)家韋韜博士在和Intel副總裁Lorie Wigle在2018年聯(lián)手公布時(shí)提到：“Intel SGX是自通用計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以來(lái)系統(tǒng)安全領(lǐng)域最重要的硬件技術(shù)架構(gòu)變革之一，通過(guò)極大的縮短信任鏈?zhǔn)沟镁W(wǎng)絡(luò)空間的信任依賴變得安全可靠；而百度安全首創(chuàng)的 技術(shù)則是第一次在軟件架構(gòu)上保障了實(shí)用系統(tǒng)的內(nèi)存安全。 SGX是兩者的結(jié)合，將大大延展互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的信任邊界，是云隱私計(jì)算、隱私機(jī)器學(xué)習(xí)、下一代區(qū)塊鏈等多種新型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的基石，對(duì)于AI時(shí)代的云服務(wù)有著戰(zhàn)略性意義?！?/p>
旨在通過(guò)開源開放推動(dòng)通用安全計(jì)算生態(tài)發(fā)展，為大數(shù)據(jù)和AI帶來(lái)的技術(shù)生產(chǎn)力革命提供信任保障的基礎(chǔ)支持，充分解決跨部門/公司之間的數(shù)據(jù)交換或多方計(jì)算ug8.0所需的提供商守護(hù)程序停止運(yùn)行，讓金融、賬號(hào)、醫(yī)療等敏感業(yè)務(wù)享受到隱私保護(hù)的區(qū)塊鏈/云服務(wù)，為無(wú)人駕駛等與生命財(cái)產(chǎn)息息相關(guān)的業(yè)務(wù)保駕護(hù)航。目前已經(jīng)和主流云計(jì)算/區(qū)塊鏈/芯片廠商以及高校/研究機(jī)構(gòu)深入合作，綜合推進(jìn)硬件TEE、軟件內(nèi)存安全、和應(yīng)用豐富強(qiáng)大的計(jì)算服務(wù)，打造國(guó)際安全且靈活通用的安全計(jì)算服務(wù)框架。的開源將極大的加速下一代大數(shù)據(jù)商業(yè)應(yīng)用的發(fā)展，對(duì)于推動(dòng)AI業(yè)務(wù)在各行各業(yè)中落地也有著重要意義。
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