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編｜王一粟

隱私計算、密態(tài)計算以及機密計算，往往會“傻傻分不清楚”。

從概念上來說，隱私計算作為一個龐大的技術家族，包含多方計算（MPC）、聯邦學習和機密計算（可信執(zhí)行環(huán)境TEE）等支持數據“可用不可見”的多種技術路線。

而密態(tài)計算作為下一代隱私計算技術，融合了密碼學、多方計算和機密計算形成，可以低成本實現全鏈路復雜計算的密態(tài)保障能力。

這次的主角——機密計算，可以理解為是在CPU等硬件上劃分一塊隔離區(qū)，這一隔離區(qū)就是可信執(zhí)行環(huán)境（TEE），數據從不同的主體上匯集到可信執(zhí)行環(huán)境中，通過環(huán)境隔離和可信驗證機制來完成數據的安全計算，從而保證敏感數據在CPU和內存使用中不被竊取。

你可能已經被名詞搞到“暈到懷疑人生”了，但看起來很復雜，其實他們都是為數據加密使用做服務的，只是技術路線有差異。

一般來說，數據在流通中，主要會涉及三個流程：數據的存儲、傳輸以及使用。

數據想要真正的發(fā)揮價值，則必須要流動起來，且往往是多方數據融合計算使用，才能夠得處最終想要的結果。

比如網商銀行農戶秒貸項目中，就涉及到多方數據，包括農業(yè)部掌握人地關系數據、地塊矢量數據；網商銀行掌握的衛(wèi)星遙感數據、對應授權用戶名單數據等，通過將這些數據融合計算，才能夠真正還原農戶的實際生產經營情況，給予農戶信貸授額。

“數據要素流轉是一個復雜業(yè)務計算需求，很多工作并不是一步完成，”韋韜如此說道。“正常來說，數據計算結果也要以密態(tài)方式存在，但之前的很多隱私計算技術和產品并不能夠滿足這一要求。”

如傳統(tǒng)的多方計算、聯邦學習等技術，在商業(yè)場景中常常只能在數據計算過程中保持加密狀態(tài)，而數據融合分析計算出的中間結果，則常常會變成明文狀態(tài)，這就難以保障數據的全鏈路安全。

“在沒有全鏈路密算能力時，之前這種單步計算的隱私保護計算，很難構建復雜計算，使用成本也很高。”韋韜說道，“這也就導致沒有辦法做深層次數據融合的價值挖掘，就像把表層石油或煤礦挖出來，但沒辦法挖掘更廣泛的頁巖氣一樣。”

而想要保障數據的全鏈路安全，在沒有可信根的支撐下，則只能依靠密碼學，“但全鏈路應用密碼學，成本非常高，動輒千倍萬倍的增加。”

相比較來說，低成本密態(tài)計算是以機密計算為底層關鍵支撐技術，在可信根的支撐下，能夠高效實現數據的密態(tài)存儲、密態(tài)流轉到密態(tài)融合計算，再到密態(tài)結果分發(fā)的多步組合，實現深層次復雜計算業(yè)務的同時，能夠滿足數據要素流轉全鏈路安全保障升級的需求。

如果說分布式隱私計算是數據流通中的“管道技術”，那么機密計算則是“樞紐技術”。

“機密計算的主要目的就是保護使用中的數據。”螞蟻機密計算總監(jiān)劉雙如此說道，其與MPC和聯邦學習最主要的區(qū)別，是基于硬件實現可信根，訪問控制和內存加密等安全能力，構建可信執(zhí)行環(huán)境。

在交通體系中，交通樞紐往往承載著眾多車輛、人流的匯聚，以及實現交通分流的功能。機密計算也是如此。

亞洲最大海上互通——杭甬高速濱海互通架梁作業(yè)

劉雙提到，機密計算其實是將多方數據匯聚到一起，進行融合計算，最終得出的結果也會以加密方式提供給使用方。而密碼學、聯邦學習、多方計算等更像交通“管道”，讓數據密態(tài)點對點流轉。

在隱私計算技術實際應用中，如果想要實現全鏈路技術保障，在沒有可信硬件的支撐，會導致系統(tǒng)運行非常慢，甚至還會導致數據會膨脹的非常快——比如單純使用全同態(tài)加密技術，本來一個G的數據，很快就會膨脹成10個T，為存儲、傳輸和計算都帶來巨大的負擔。

另一方面，有了基于可信根打造的機密計算之后，多步復雜操作的中間結果，就能夠非常容易的做到密態(tài)保障，成本上會大大降低。

“現在業(yè)內公認，機密計算相比其他多方安全計算等技術，能夠在安全、性能和大規(guī)模商用上有比較大的優(yōu)勢。”海光信息技術股份有限公司副總裁應志偉對光錐智能稱。

可以說，基于機密計算構建低成本的全鏈路密態(tài)計算，可以組建完整的密態(tài)樞紐和密態(tài)管道，串起了一張數據流通的“安全交通網”，從而讓數據的價值最大發(fā)揮。

此前，機密計算并未被大規(guī)模應用，一個原因在于：

對硬件的依賴比較嚴重，成本也相對比較高。

畢竟，機密計算是基于硬件打造的數據安全防護的技術，需要根據特定的硬件進行適配，通用性的問題沒解決，企業(yè)的成本也會增加。

作為一家芯片設計公司的從業(yè)者，應志偉也提到：“近期有客戶找到我們要合作機密計算，客戶很認可這些技術，但在合作過程中也遇到很多挑戰(zhàn)，例如每個客戶的操作系統(tǒng)版本不一致，都需要做重新適配。不過，因為海光芯片的高兼容特性，適配遷移成本會相較其他低很多。”

事實上，在現有機密計算技術中，商用可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）方案通常存在可信根依賴國外CPU廠商。而國內CPU平臺安全起步晚，能力欠佳、TEE應用編程難、業(yè)務適配成本高等問題，這就也導致國內的機密計算很難實現規(guī)模化落地。

韋韜也提到，之前機密計算在中國沒有真正做起來，是因為它的可信根在CPU里，特別是英特爾、AMD等，它的可信根在國外，無法建立適合各個國家需要的機密計算體系。

因此，如果能夠通過軟件層面打通可信根，使其成為各個國家能夠被信任的可信根，具有重要意義。在此之前，業(yè)界也并未有哪一家企業(yè)能夠真正的做到這件事。

“星綻機密計算”是螞蟻集團自研的擁有核心知識產權的普惠機密計算方案，以HyperEnclave、Occlum和TrustFlow三大核心組件為基礎，構建了一個完整的機密計算生態(tài)體系。

整個星綻機密計算體系的最底層是HyperEnclave，它是一個通用的可信執(zhí)行環(huán)境，用虛擬化技術實現可信執(zhí)行環(huán)境和通用開放環(huán)境（REE）隔離。

“HyperEnclave本質上就是為了解決通用性的問題，它可以支持不同的硬件平臺，降低對特定安全硬件的依賴。”劉雙說道，“換句話說，即使過去這個平臺沒有機密計算能力，安裝HyperEnclave之后，也可具備機密計算能力，降低企業(yè)使用門檻。”

原因在于，HyperEnclave的可信根并不在CPU上，而是在可信密碼模塊（TCM/TPM）上，是可信計算密碼支撐平臺必備的關鍵基礎部件，可以提供獨立的密碼算法支撐和遠程證明能力。

“它的信任是基于TCM/TPM可信技術體系，由權威機構來做整體的可信啟動、可信度量以及最后遠程證明的支持。”螞蟻密算科技CTO閆守孟說。

Occlum，則是虛擬化層和應用層之間的庫操作系統(tǒng)。

其使用Rust編程語言編寫，“整體代碼量要比傳統(tǒng)Linux等要小很多，是專門為可信執(zhí)行環(huán)境編寫的安全庫操作系統(tǒng)，其本身安全性天然就會更高一些。”劉雙說道。

過去，在可信執(zhí)行環(huán)境編程，用戶往往需要手動拆分應用，決定哪些部分跑在普通環(huán)境下，哪些部分運行在可信執(zhí)行環(huán)境下，這要求用戶具備較強的專業(yè)能力，導致開發(fā)與移植成本非常高。

在Occlum上，支持原生應用不做修改，直接運行在可信執(zhí)行環(huán)境，“Occlum目標是盡量減少應用遷移到可信執(zhí)行環(huán)境的成本，盡量減少可信執(zhí)行環(huán)境與外界的交互，緩解側信道攻擊。”

最頂層，則是TrustFlow的可信計算框架。TrustFlow本質上可以理解為PaaS，在這個框架內，可以為用戶提供開箱即用的基礎密算服務，比如遠程證明、跨域管控等。

“因此，在星綻可信執(zhí)行環(huán)境中，開發(fā)和部署的成本會非常低。”劉雙說道。

基于此，不難看到，這三層組件相互協(xié)作，構建了從安全底座到安全服務的全棧解決方案，能夠滿足了不同場景下的機密計算和隱私計算需求，高效實現數據“可用不可見”。

“網商銀行基于星綻機密計算軟件棧構建密態(tài)時空計算平臺，實現多方數據密態(tài)進入可信執(zhí)行環(huán)境（TEE），安全進行融合與分析，最終結果以密態(tài)形式傳輸與落盤。”網商銀行信息科技部副總經理蘇賢明認為，使用星綻機密計算來保證銀行數據的全鏈路安全，大大降低了使用門檻和成本。

“我們當時模擬了一個極端情況，如果服務器被偷了，別人拿到我的服務器能不能看到原始數據？經過嚴格的理論推演與驗證，得到的結論是不能。這也是星綻機密計算給我們提供的最根本的安全保障。”蘇賢明說道。

自今年5月以來，螞蟻集團陸續(xù)公布了其密態(tài)計算技術體系，推出“隱語云”系列密算產品。2年前，螞蟻也開源了隱語可信隱私技術棧，其也是螞蟻集團整個密態(tài)計算體系的支撐技術。

隱語可信隱私技術棧與星綻機密計算兩者的區(qū)別在于，后者聚焦安全可信基礎設施，是整個技術棧更底層的技術，隱語側重“端到端”的管道模式，星綻機密計算側重“端云協(xié)同”的樞紐模式。

而通過“星綻機密計算”提供的核心能力與服務，加之在機密計算體系之上的密態(tài)計算能力，可以解決諸多應用場景中“信任”難題。

如，多個不互信組織之間的數據融合與聯合分析、鏈上智能合約的機密性保護、公有云平臺對外部或內部攻擊的防御、高敏感信息（如密碼學材料、醫(yī)療檔案等）的安全保護等。

正如開頭的農業(yè)助貸案例，星綻團隊從去年7月份和農業(yè)部開始合作，已經幫助600萬農戶抹掉鞋底成本。

短短一年多的時間，星綻機密計算技術就在實際場景中進行了落地應用，對于一個還處于早期的技術來說，落地的速度已經很快。

對一個技術人來講，當技術真正產生社會價值，這也是最有成就感的一刻。

“之前做PoC（項目概念驗證）都落地很慢，做完可能就擱置了。但近兩年能夠明顯感受到，做完PoC之后可能半年就落地了。”劉雙談到這里，明顯興奮起來。

機密計算技術的落地加快，得益于國家對整個數據要素流通市場的推動。但市場興起的同時，數據泄漏造成的安全成本也在日益提升。

據IBM發(fā)布的《2024年數據泄露成本報告》指出，一場數據泄露的平均成本從2023年的445萬美元飆升至2024年的488萬美元，增幅達10%。

而在此前一些算力基礎設施在做安全技術部署時，不僅沒有密態(tài)的CPU/GPU，甚至可信根都沒有，“沒有可信根，想要真正保證數據可信流通，只能使用密碼學，其成本非常高。”

“但只要上了可信根，具備可信執(zhí)行環(huán)境，密算成本就可控制在明文計算的2倍以內，高價值、高敏感的數據可控制在明文計算的10倍以內。”韋韜說道，“這對于產業(yè)來說，成本是完全能夠被覆蓋的。”

螞蟻集團副總裁兼首席技術安全官、螞蟻密算董事長韋韜

目前除了銀行，在新能源車險場景中，密態(tài)計算也可以降低保險成本。

根據申萬宏源研報，2023年新能源車險的平均賠付率近85%，2024年新能源滲透率持續(xù)走高,賠付率預計將達到87%，這已經比燃油車高出近15個百分點。新能源車保費比較高的原因之一，是新能源車是一體化成型，且傳感器眾多，單個零部件損壞后維修成本非常高。

而且，新能源車動力性能也非常好，這就導致駕駛習慣不好的車主，損壞率更高。

因此，螞蟻密算也與螞蟻保以及各家保險公司合作，綜合了“從人、從車、從險”多維數據，通過密態(tài)計算、人工智能等技術，實現了安全合規(guī)條件下的全鏈路融合計算，全面評估車主用車風險，做到精準定價。

應用該技術后，38% 的新能源車主保費可平均下降10%，車主保費水平人均預計降低300元，將保險公司定價區(qū)分度提升超過70%。

“目前頭部的保險公司已經全部加入到這個項目中，整體項目規(guī)劃擴展的非常快，很快就會在全國范圍內推廣，甚至在國際上也會推廣。”韋韜說道。

事實上，作為一個基于底層硬件基礎設施，且多用在云端的數據安全防護技術，除了螞蟻密算，云廠商們也在紛紛加碼機密計算。

機密計算正在成為全球云廠商和硬件廠商爭相布局的技術路線。自2002年ARM提出TrustZone技術以來，機密計算已經走過了20多個年頭。

2015年，Intel推出了SGX，機密計算技術進入了快速發(fā)展的階段；

2019年8月，Linux基金會聯合國內外科技巨頭宣布成立“機密計算聯盟”（Confidential Computing Consortium），標志著機密計算在工業(yè)界的進一步發(fā)展和壯大。

2022 年 IEEE 的技術預測評選了 16 項將在未來幾年產生重大影響的技術，機密計算技術作為唯一的安全技術入選其中。

業(yè)界認為，機密計算有望成為 AI 計算的基礎設施之一。

韋韜表示：“數據可信流通應該是跨云的，信任應該是基于技術，而不是基于運營方。這不是單獨某一家云廠商的問題。”

現如今，很多數據被綁在一家云上，這其實已經制約了數據的跨區(qū)域流動。因此，韋韜認為，從這個角度來說，密態(tài)計算從業(yè)者和云廠商之間是很好的配合關系。

劉雙也提到：“目前國內基本沒有這種全棧式開源技術產品。我們從底層安全虛擬化層，到操作系統(tǒng)，再到上層基礎服務構建了全棧技術體系，每一層都各具特色，且能夠解決實際問題。”

一套能夠通用的機密計算技術體系，無疑能夠降低技術應用的成本。同時，隨著近年來數據要素流通需求日益增長，以及機密計算技術體系的完善，整個行業(yè)需求也日益增長。

不過，密態(tài)計算體系仍處于發(fā)展早期，在很多行業(yè)級應用已經取得了令人欣喜的成效，但距離大規(guī)模商業(yè)化應用落地還有段距離。

韋韜認為，大概還需要3-5年時間，特別是相關技術標準和數據可信流通利用基礎設施仍然需要有大量工作要做。

而北京大學講席教授，北京大學計算機學院軟件科學與工程系主任謝濤也認為，新的技術應用也強調要“沿途下蛋”。在技術發(fā)展過程中，也要找到合適的場景率先落地，才能夠持續(xù)展現其價值，“沿途下蛋，才能夠收割成果。”