Şirketin verdiği bilgilere göre Heracles, tam homomorfik şifreleme (Fully Homomorphic Encryption - FHE) adı verilen yöntemi hızlandırmak için geliştirildi. Bu teknoloji, verinin şifresini çözmeden işlem yapılmasına olanak tanıyor. Böylece veriler depolama ortamında, ağ üzerinden iletim sırasında veya sistem belleğinde korunmasının yanı sıra işlenirken de şifreli kalmaya devam ediyor.

Şifre çözülmeden işlem yapabilen mimari

Günümüzde çoğu sistemde veriler depolanırken veya aktarılırken şifreleniyor. Ancak veri CPU veya GPU gibi işlemcilere ulaştığında genellikle düz metin haline getirilerek işleniyor. Bu durum ise yan kanal saldırıları, DMA saldırıları veya gözetleme gibi çeşitli güvenlik risklerine kapı aralayabiliyor.

Intel’in geliştirdiği Heracles hızlandırıcısı ise bu sorunu ortadan kaldırmayı hedefliyor. İşlemci, veriyi hiçbir aşamada çözmeden doğrudan şifreli haliyle işleyebiliyor. Böylece veri işleme sürecinde ortaya çıkabilecek birçok saldırı türü tamamen devre dışı bırakılabiliyor.

Intel’in geçtiğimiz ay tanıttığı Heracles çipi klasik anlamda bir CPU değil. x86 mimarisi çalıştırmıyor, işletim sistemi veya geleneksel yazılımlar çalıştıramıyor. Tamamen FHE matematik işlemlerini hızlandırmak için tasarlanmış bir hızlandırıcı olarak görev yapıyor.

Intel’in paylaştığı performans verilerine göre Heracles, 1.20 GHz frekansta çalışıyor ve tam homomorfik şifreleme iş yüklerinde kullanılan yedi farklı matematiksel işlem türünde büyük bir hız avantajı sunuyor. Şirketin karşılaştırmasına göre Heracles, 24 çekirdekli Intel Xeon W7‑3455 işlemcisine kıyasla yaklaşık 1.074 ila 5.547 kat daha yüksek performans sağlayabiliyor.

Bu sonuçlar özellikle FHE matematiğinin yüksek hesaplama maliyetini düşündüğümüzde dikkat çekici. Çünkü bu tür işlemler çok büyük tam sayılar, yoğun polinom hesaplamaları ve karmaşık veri dönüşümleri gerektiriyor. Bu tür yükler ise genellikle genel amaçlı CPU ve GPU’ları zorlayan iş yükleri arasında yer alıyor.

Binlerce paralel hesaplama birimiyle tasarlandı

Heracles, şifreli veriler üzerinde çok hızlı işlem yapabilmek için klasik işlemcilerden farklı bir mimari kullanıyor. Çipin içinde toplam 8192 paralel hesaplama hattı bulunuyor. Bu hatlar 64 işlem birimi içinde yer alıyor ve aynı anda binlerce matematik işleminin yapılmasını sağlıyor.

Ayrıca Bkz.Intel Core Ultra 270K Plus ve 250K Plus tanıtıldı: İşte özellikleri

Heracles ayrıca FHE sistemlerinde gerekli olan bootstrapping ve automorphism gibi ileri kriptografik işlemleri de destekliyor. Bootstrapping, şifreli hesaplamalar sırasında oluşan kriptografik gürültüyü temizleyerek daha uzun işlem zincirlerinin çalışmasına olanak tanıyor.

Şifreli veri işleme sırasında veri miktarı hızla büyüdüğü için Heracles güçlü bir bellek altyapısına da sahip. Çipte 48 GB HBM3 yüksek bant genişlikli bellek ve 64 MB dahili hızlı bellek bulunuyor. Bu sayede veriler işlem birimlerine hızlı şekilde aktarılabiliyor. Intel 3 üretim teknolojisi ile üretilen çip, şu anda PCIe hızlandırıcı kartı olarak sunuculara takılarak kullanılıyor ve 176 watt güç tüketimine sahip.

Somut senaryoda ne sağlıyor?

Yukarıda bazı teknik verileri anlatmış olsak da çipin tam olarak ne işe yaradığını ve ne kazandırdığını anlamak için Intel’in yaptığı canlı gösterim senaryosuna bakmak gerekiyor.

Demo senaryosunda bir seçmenin oyunun sisteme doğru şekilde kaydedilip kaydedilmediğini kontrol ettiği bir durum simüle edildi. Bu örnekte devlet kurumunun veritabanı tamamen şifreli tutuluyor ve seçmen kendi kimlik bilgisi ile oy verisini şifreleyerek sisteme gönderiyor. Sunucu tarafında ise veriler hiçbir aşamada çözülmeden veritabanındaki kayıtlarla eşleşip eşleşmediği kontrol ediliyor ve sonuç yine şifreli biçimde kullanıcıya iletiliyor.

Normal bir sunucu işlemcisinde bu işlem 15 milisaniye sürerken Heracles üzerinde 14 mikrosaniyede tamamlanıyor.

Tek bir kullanıcı için fark hissedilmese de ölçek büyüdüğünde etkisi dramatik hale geliyor. Örneğin 100 milyon oy kaydını doğrulamak klasik CPU ile 17 günden fazla sürerken Heracles ile yaklaşık 23 dakika sürüyor.