隱私問題的挑戰(zhàn)

最近看了電影《孤注一擲》，里面提到了根據(jù)用戶習(xí)慣數(shù)據(jù)定制網(wǎng)頁，讓用戶更容易上鉤，最終導(dǎo)致了慘劇的發(fā)生。不得不說，隨著科技的進(jìn)步，大數(shù)據(jù)在給為我們提供更便利的服務(wù)，但同時(shí)也增加了我們隱私泄露的風(fēng)險(xiǎn)。盡管現(xiàn)在有各種各樣的加密算法來保護(hù)我們的隱私，但是這些加密算法并不能根本的解決問題，為什么呢？因?yàn)榇蟛糠旨用芩惴ǘ贾辉跀?shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)過程中保護(hù)了數(shù)據(jù)的安全。例如我們考慮一個(gè)非對(duì)稱加密的算法，如下圖，這個(gè)算法能保證我們安全地將消息傳給乙方，在傳輸過程中，即便有攻擊者獲取了傳輸內(nèi)容，也無法破解我們要傳輸?shù)脑枷ⅰ?/p>

? ? ? ?假設(shè)我們自己是甲方，那么在上述的傳輸過程中，乙方可以對(duì)我們的消息進(jìn)行解密并進(jìn)行一些運(yùn)算。事實(shí)上，上述加密過程假設(shè)了乙方是完全值得信任的，然而，在現(xiàn)實(shí)情況中，乙方可能是chatgpt背后的openai，也可能是midjourney背后的研究實(shí)驗(yàn)室，如果他們想，那么我們問的問題，上傳的圖片將完全暴露在他們眼下。

????? ?你可能會(huì)想，那這能怎么辦？畢竟他們要在我們的數(shù)據(jù)上進(jìn)行計(jì)算。但如果，我們能提出一種加密方法，使得我們能在加密的數(shù)據(jù)上進(jìn)行計(jì)算，那么就可以解決這個(gè)問題。這種思想早在1978?年就被Rivest 等人提出，他們希望利用同態(tài)加密的思想來保護(hù)數(shù)據(jù)信息的安全性。

同態(tài)加密的定義

????????什么是同態(tài)加密呢，就是對(duì)某些運(yùn)算具有同態(tài)性質(zhì)的加密方法。在抽象代數(shù)中，同態(tài)是兩個(gè)代數(shù)結(jié)構(gòu)（例如群、環(huán)、或者向量空間）之間的保持結(jié)構(gòu)不變的映射，如果我們只考慮二元運(yùn)算，那么一個(gè)形式化的表示是

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????????當(dāng)然，同態(tài)的完整定義不只針對(duì)二元運(yùn)算，這里我們不再贅述。知道了什么是同態(tài)，同態(tài)加密就很好理解了，同態(tài)加密方法即是在明文空間和密文空間的一個(gè)同態(tài)。

????????同理我們也可以定義加密函數(shù)在其他運(yùn)算上的同態(tài)性。這里舉一個(gè)例子，RSA算法就具有乘法同態(tài)的性質(zhì)。

????????滿足同態(tài)的性質(zhì)很困難，事實(shí)上，現(xiàn)在常見的同態(tài)加密方法僅支持加法和乘法的同態(tài)，也就是說我們只能計(jì)算密文的加法和乘法，對(duì)于非線性函數(shù)，例如深度學(xué)習(xí)常見的激活函數(shù)relu，我們無法計(jì)算，因此，一些研究者會(huì)考慮如何用多項(xiàng)式逼近relu函數(shù)。

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同態(tài)加密的應(yīng)用

????????相比較之前只能在傳輸、存儲(chǔ)過程中保證數(shù)據(jù)安全的加密算法，同態(tài)加密的優(yōu)勢(shì)是在計(jì)算中也能保證數(shù)據(jù)的安全。這就意味著我們不需要可信方就可以進(jìn)行計(jì)算，其潛在的應(yīng)用場(chǎng)景是很多的。往小了說就是我們可以從chatgpt得到我們想要的回答，但是不把我們的隱私信息暴露給它。下面是我們現(xiàn)在詢問chatgpt得到的結(jié)果：

若在未來，我們有了一個(gè)加密的chatgpt模型，你的問答過程看起來可能就是這樣的

然后你對(duì)chatgpt的回答進(jìn)行解密（密鑰只有你自己知道），獲得明文的結(jié)果。當(dāng)然，如果進(jìn)行加密，問題和回答都是以密文形式存儲(chǔ)的，并不一定能顯示成上面亂碼的形式，上圖只是一個(gè)比喻。? ?

????????我最近很喜歡用midjourney畫圖，利用InsightFace插件把我的頭放到我喜歡的演員Al Pacino上。

我和幾個(gè)小伙伴一起租的midjourney賬號(hào)，所以他們能看到我畫的圖，這就可能會(huì)有些尷尬，如果將來midjourney有加密版本的模型，那么我的工作流程可能就是下面的樣子。

????????當(dāng)然，上面的應(yīng)用只是保護(hù)了隱私。我認(rèn)為同態(tài)加密真正的前景在于更多的數(shù)據(jù)可以參與到計(jì)算當(dāng)中，我們知道，參與chatgpt訓(xùn)練的數(shù)據(jù)相比起我們?nèi)祟悢?shù)據(jù)，只能算是九牛一毛，由大量的數(shù)據(jù)沒有參與到大模型的計(jì)算中，一個(gè)重要原因是出于隱私保護(hù)的考慮，現(xiàn)在在機(jī)器學(xué)習(xí)中常見的保護(hù)隱私的方法（例如聯(lián)邦學(xué)習(xí)）往往需要可信第三方，而很多場(chǎng)景下，除了自己以外，誰都不能信任，這時(shí)，只有同態(tài)加密才能在保證安全的通知，讓數(shù)據(jù)參與到計(jì)算中。

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