Google、準同型暗号でプライベートAIを実用化へ

Googleはこのたび、オープンソースのコンパイラーツールチェーン「HEIR（Homomorphic Encryption Intermediate Representation）」を公開しました。これは同社のPrivate Computing Toolkitに加わる最新のツールで、暗号学的に安全なAI推論を実用的にすることを目指しています。HEIRを使うと、暗号化されていないデータを扱う事前学習済みAIモデルを、暗号化された入力で動作するように変換できます。Googleは、暗号化推論を本番アプリケーションに組み込むための「ワンクリックソリューション」を目指しています。

従来のエンドツーエンド暗号化などの標準的な保護手段にはトレードオフがありました。ユーザーデータは侵害から守られる一方、スパム検出やウイルス検出などデータに依存する機能をサービス提供者が提供できなくなります。医療や金融などの重要セクターはリスクをより嫌い、規制も機関間のデータ共有を制限しています。ローカル処理などの代替手段は、端末の性能やサービス提供者のIP保護の観点から限界があります。準同型暗号は、暗号化されたデータのまま計算を実行できるため、このトレードオフを根本的に変えます。サーバーは暗号文を処理し、暗号化された結果を返すだけで、基盤となる情報を一切露出させません。例えば、クラウドサービスはユーザーの特徴を見ることなくコンテンツをレコメンドできます。

準同型暗号には無視できないコストがありますが、そのコストは急速に低下しています。Googleはこれまで、差分プライバシー、プライベート集合メンバーシップ、プライベート情報検索、Google Cloudのセキュアエンクレーブなど、プライバシー技術の革新を積み重ねてきました。準同型暗号もそのツールキットに加わる強力な手段です。しかし、既存のプログラムを効率的に準同型暗号へ変換するには、従来は暗号学者のチームが必要でした。HEIRはその使いやすさの課題を克服するために開発されました。

HEIRは2023年に計画が発表されて以来、コミュニティに受け入れられています。GoogleはBelfort、Niobium、Cornami、Optalysysなど、準同型暗号向けハードウェアアクセラレータを開発する企業と提携し、その成果をデモで示しています。また、HEIRは研究プラットフォームとしても生産的であり、ジョージア工科大学、カーネギーメロン大学、カリフォルニア大学サンタバーバラ校、イリノイ工科大学、パデュー大学、エディンバラ大学、清華大学などと協力しています。これまでに4本の査読付き論文がHEIRに基づいており、さらに準備中のものもあります。

GoogleはHEIRでコンパイルされた4つのプライベート推論アプリを公開しています。Belfort Labs、LG、ニューヨーク大学との共同研究による深層学習レコメンデーションモデルは、プライベートなコンテンツ推薦を実現します。Niobiumとhardshell.aiと共同で、クレジットカード不正検出器をコンパイルしました。また、Niobiumと共同で、暗号化されたネットワークトラフィックの異常検出システム「Kitsune」をコンパイルし、パケットの中身を明かさずにサービスプロバイダーが異常を検知できるようにしました。さらに、Belfort Labsと共同で、音声録音のプライバシーを保護しながらホットワードを認識できるホットワード検出モデルもコンパイルしました。Googleの研究チームは、準同型暗号を開発しやすく、高速に実行でき、産業界に広く普及させることを目指しています。