“一個(gè)民族，千百萬人里面才出一個(gè)天才;人世間數(shù)百萬個(gè)閑暇的小時(shí)流逝過去，方始出現(xiàn)一個(gè)真正的歷史性時(shí)刻，人類星光璀璨的時(shí)辰。”
——斯蒂芬·茨威格《人類群星閃耀時(shí)》
隱私計(jì)算在國內(nèi)其實(shí)是一個(gè)比較新的概念。根據(jù)《隱私計(jì)算理論與技術(shù)》一書的描述，“隱私計(jì)算”的定義源起于2015年12月國內(nèi)學(xué)術(shù)界的一場(chǎng)臨時(shí)討論，此后這一概念風(fēng)行產(chǎn)業(yè)界。
從字面上對(duì)照，國外有兩個(gè)概念與隱私計(jì)算相關(guān)，一是隱私保護(hù)計(jì)算(Privacy Preserving Computation, PPC)，二是隱私增強(qiáng)技術(shù)(Privacy Enhancing Technologies, PETs)。
隱私計(jì)算是一系列技術(shù)體系的合集，交叉融合了密碼學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)硬件等眾多學(xué)科，它從本質(zhì)上滿足：在不暴露原始數(shù)據(jù)的前提下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及其價(jià)值可管、可控和可計(jì)量的融合、共享、流通、計(jì)算。
談隱私計(jì)算必然繞不開密碼學(xué)，隱私計(jì)算的發(fā)展歷程是以現(xiàn)代密碼學(xué)為主線，協(xié)同信息論、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)論、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)等學(xué)科融合發(fā)展的演進(jìn)過程，大致可分為萌芽期、探索期、成長(zhǎng)期、應(yīng)用期四個(gè)階段。
事實(shí)上，任何一項(xiàng)影響深遠(yuǎn)的創(chuàng)新技術(shù)都并非一夜之間誕生的，而是那些走在時(shí)代前沿的探索者和先行者們一個(gè)又一個(gè)創(chuàng)造力的結(jié)晶，電力如此，互聯(lián)網(wǎng)如此，隱私計(jì)算也如此。
接下來，一起來看看在隱私計(jì)算這段不算太長(zhǎng)的發(fā)展史上，都有哪些閃耀著智慧之光的“關(guān)鍵時(shí)刻”。
一、萌芽期(1949年-1982年)
20世紀(jì)40年代，現(xiàn)代信息學(xué)之父克勞德·香農(nóng)在備忘錄《密碼學(xué)的一個(gè)數(shù)學(xué)理論》的基礎(chǔ)上，發(fā)表一篇重要論文《保密系統(tǒng)的通信理論》(1)，被認(rèn)為是開啟了現(xiàn)代密碼學(xué)時(shí)代。
1976年，Whitfield Diffie和Martin Hellman共同發(fā)表學(xué)術(shù)論文《New Direction in Cryptography》(2)，創(chuàng)建了公鑰加密體制，是現(xiàn)代密碼學(xué)的里程碑。
1977年，Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman發(fā)明非對(duì)稱式加密算法RSA，突破了長(zhǎng)期以來的瓶頸，達(dá)到了新的階段(3)。
1978年，Ron Rivest、Leonard Adleman和Michael L. Dertouzos提出同態(tài)加密問題(4)，并在當(dāng)年提出了滿足同態(tài)屬性的算法，但是并未有完全解決其安全性問題。同態(tài)加密問題的提出將加密技術(shù)的研究從靜態(tài)引向動(dòng)態(tài)，是理論上的巨大革新，也開創(chuàng)了隱私計(jì)算的先河。
1979年，秘密分享(Secret Sharing, SS)最早由Shamir(5)和Blakley(6)提出。
1981年，不經(jīng)意傳輸(Oblivious Transfer, OT)由Rabin首次提出(7)。
1982年，姚期智教授在論文《Protocols for Secure Computations》中提出了“百萬富翁問題”，開創(chuàng)性地引入了安全多方計(jì)算概念(8)。
Tips：這個(gè)階段，出現(xiàn)了許多劃時(shí)代的里程碑，不僅僅是香農(nóng)開啟了現(xiàn)代密碼學(xué)時(shí)代，更包括同態(tài)加密、多方安全計(jì)算等主流技術(shù)先后被提出，為日后隱私計(jì)算的高速發(fā)展與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、探索期(1983年-1999年)
1985年，S. Goldwasser、S. Micali和C. Rackoff首次提出零知識(shí)證明(Zero-Knowledge Proof, ZKP)概念(9)。其目的是解決如下問題：證明者如何向驗(yàn)證者證明自己擁有某一特定的數(shù)據(jù)，但證明過程不能透露任何有關(guān)該數(shù)據(jù)的信息。
1986年，姚期智教授提出混淆電路(Garbled Circuit, GC)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)多方(兩方)安全計(jì)算方案(10)。
1987年，Goldreich等人提出了基于電路的秘密共享方案GMW，并將其應(yīng)用于多方安全計(jì)算(11)。
1996年，Cheung首次提出在分布式數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)規(guī)則(Association Rules)挖掘，奠定聯(lián)邦學(xué)習(xí)的一些基礎(chǔ)概念(12)。
1999年，Paillier在歐密會(huì)(EUROCRYPT)上首次提出支持加法同態(tài)的公鑰密碼系統(tǒng)(13)。
Tips：這個(gè)階段，混淆電路、基于秘密分享的MPC、半同態(tài)加密等協(xié)議和算法陸續(xù)出現(xiàn)，此外，零知識(shí)證明被提出，聯(lián)邦學(xué)習(xí)也開始露出雛形，在即將登場(chǎng)的下一個(gè)階段，聯(lián)邦學(xué)習(xí)將閃爍出熠熠光輝。
三、成長(zhǎng)期(2000年-2018年)
2006年，C. Dwork提出差分隱私(Differential Privacy, DP)(14)，通過引入噪聲對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擾動(dòng)，并要求輸出結(jié)果對(duì)數(shù)據(jù)集中的任意一條記錄的修改不敏感，使攻擊者無法根據(jù)背景知識(shí)推斷出敏感信息。
2009年，OMTP工作組率先提出一種雙系統(tǒng)解決方案(15)，即在同一個(gè)智能終端下，除多媒體操作系統(tǒng)外再提供一個(gè)隔離的安全操作系統(tǒng)，這一運(yùn)行在隔離硬件之上的隔離安全操作系統(tǒng)用來專門處理敏感信息以保證信息安全，該方案是可信執(zhí)行環(huán)境(Trusted Execution Environment, TEE)的前身。
2009年，Craig Gentry提出了首個(gè)全同態(tài)加密方案(Fully Homomorphic Encryption, FHE)(16)，同時(shí)支持密文下的加法和乘法運(yùn)算，標(biāo)志著全同態(tài)計(jì)算時(shí)代的開始，并逐漸發(fā)展出多種不同的全同態(tài)加密方案。其后Paillier，Gentry，王爽等人牽頭成立國際同態(tài)加密標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，標(biāo)志著同態(tài)加密在全球進(jìn)入高速發(fā)展階段。
2013年，王爽教授團(tuán)隊(duì)在SCI學(xué)術(shù)期刊Journal of Biomedical Informatics發(fā)表《Expectation Propagation Logistic Regression (EXPLORER): Distributed privacy-preserving online model learning》論文(17)，提出了數(shù)據(jù)“可用不可見”問題。首次解決醫(yī)療在線安全聯(lián)邦學(xué)習(xí)問題，該框架服務(wù)于多個(gè)國家級(jí)醫(yī)療健康網(wǎng)絡(luò)，也是聯(lián)邦學(xué)習(xí)系統(tǒng)構(gòu)架層面的突破。
2015年Intel推出商用TEE方案“英特爾軟件防護(hù)擴(kuò)展”(Intel Software Guard Extensions, Intel SGX)(18)。
2016年，Google AI團(tuán)隊(duì)提出聯(lián)邦學(xué)習(xí)算法框架應(yīng)用于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)手機(jī)終端的隱私保護(hù)(19)。
2019年，楊強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)提出聯(lián)邦遷移學(xué)習(xí)，結(jié)合聯(lián)邦學(xué)習(xí)和遷移學(xué)習(xí)并發(fā)布FATE開源系統(tǒng)(20)。
Tips：這個(gè)階段是隱私計(jì)算技術(shù)的快速成長(zhǎng)期，可謂星光燦爛。在技術(shù)創(chuàng)新上，推出首個(gè)全同態(tài)加密方案，首個(gè)醫(yī)療在線安全聯(lián)邦學(xué)習(xí)底層框架，還包括TEE方案框架的提出與落地。
四、應(yīng)用期(2019年至今)
2019年至今，在數(shù)據(jù)要素市場(chǎng)建設(shè)和數(shù)據(jù)價(jià)值發(fā)揮的時(shí)代背景下，產(chǎn)業(yè)需求快速增長(zhǎng)，隱私計(jì)算走出學(xué)院派與實(shí)驗(yàn)室，廣泛與行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景相結(jié)合，賦能數(shù)據(jù)價(jià)值的安全、合規(guī)流轉(zhuǎn)，各類隱私計(jì)算廠商也如雨后春筍一般涌現(xiàn)出來，激發(fā)了隱私計(jì)算技術(shù)可用性的快速提升。
當(dāng)前，隱私計(jì)算仍處于產(chǎn)業(yè)快速導(dǎo)入期，即將邁入“隱私計(jì)算+”時(shí)代。未來，隱私計(jì)算將如同移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、水、電網(wǎng)一般，成為數(shù)字時(shí)代的底層基礎(chǔ)設(shè)施。
參考資料：
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中國信通院. 聯(lián)邦學(xué)習(xí)場(chǎng)景應(yīng)用研究報(bào)告(2022年)
北京金融科技產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟. 隱私計(jì)算技術(shù)金融應(yīng)用研究報(bào)告
中國移動(dòng). 隱私計(jì)算應(yīng)用白皮書(2021)
微眾銀行, 畢馬威. 2021隱私計(jì)算行業(yè)研究報(bào)告：深潛數(shù)據(jù)藍(lán)海
艾瑞咨詢. 2022年中國隱私計(jì)算行業(yè)研究報(bào)告
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