一种用于抗侧信道攻击的算力租赁安全系统的制作方法

本发明涉及算力租赁，尤其涉及一种用于抗侧信道攻击的算力租赁安全系统。

背景技术：

1、随着人工智能、深度学习技术快速普及，大规模张量矩阵运算需求持续增长，算力租赁模式成为中小研发主体获取高性能异构算力的主流方案，现有公有云、第三方算力租赁平台在提供分布式异构计算资源的过程中，存在突出的侧信道信息泄露安全隐患，具体为：当前商用算力节点多采用gpu、fpga 等通用异构硬件执行模型张量运算，硬件运行时会向外释放可被外部捕获的功耗波动、时钟周期差异、电磁辐射、缓存访问轨迹等物理特征，攻击者可通过采集上述侧信道特征反向推演原始输入张量、模型权重等核心机密数据，造成训练数据、私有算法模型泄露。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出一种用于抗侧信道攻击的算力租赁安全系统，能够有效解决现有技术所存在的侧信道信息泄露的缺陷。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种用于抗侧信道攻击的算力租赁安全系统，包括：

4、用户端，用于本地读取自有原始输入张量、模型权重张量，向调度控制端提交算力租赁请求；生成一次性随机正交矩阵，并基于一次性随机正交矩阵对原始输入张量、模型权重张量执行同态随机折叠预处理；接收密态计算结果并完成解折叠恢复原始数据，且与调度控制端建立加密安全信道；

5、异构算力节点，用于接收经同态随机折叠处理后的张量数据并执行密态矩阵运算，输出密态计算结果，并返回用户端；

6、调度控制端，用于接收算力租赁请求，并基于算力租赁请求进行异构算力节点分发调度、实时监控各算力节点运行状态、开展全流程侧信道安全审计，且对接可信日志系统留存任务执行安全凭证。

7、作为所述用于抗侧信道攻击的算力租赁安全系统的进一步可选方案，所述一次性随机正交矩阵由用户端通过真随机数发生器直接生成，或用户端与调度控制端通过量子密钥分发、后量子密钥交换协议协商随机种子后，在用户端本地生成。

8、作为所述用于抗侧信道攻击的算力租赁安全系统的进一步可选方案，所述密态矩阵运算过程中，基于自适应双队列执行引擎补齐算子分支时钟周期、抹平硬件功耗波形，消除运算过程产生的定时、功耗、电磁、缓存侧信道泄露特征。

9、作为所述用于抗侧信道攻击的算力租赁安全系统的进一步可选方案，所述基于自适应双队列执行引擎补齐算子分支时钟周期、抹平硬件功耗波形，具体包括：

10、依据影子指令器实时监测密态矩阵运算中各算子分支的运行时钟周期，对比得到各算子分支之间的周期差值；

11、针对执行速度更快、时钟周期更短的算子分支，从低优先级背景任务队列抽取有效任务指令块填充至该分支，使所有算子分支的总执行时钟周期保持一致；

12、实时采集硬件实时功耗数值，与预设功耗阈值进行比对；

13、当检测到当前运算功耗低于预设功耗阈值时，调度低优先级背景任务队列中的计算任务与密态矩阵运算并行运行，使硬件整体功耗维持在预设功耗阈值预设区间内。

14、作为所述用于抗侧信道攻击的算力租赁安全系统的进一步可选方案，所述基于算力租赁请求进行异构算力节点分发调度，具体包括：

15、解析算力租赁请求，得到算力规模、张量运算类型、侧信道安全防护等级需求；

16、基于算力规模、张量运算类型、侧信道安全防护等级需求，结合各异构算力节点当前空闲算力、硬件防护配置进行匹配，匹配出相对应的异构算力节点；

17、向匹配到的相对应的异构算力节点下发任务执行指令。

18、作为所述用于抗侧信道攻击的算力租赁安全系统的进一步可选方案，所述开展全流程侧信道安全审计，具体包括：

19、对算力任务全链路开展侧信道安全审计，审计范围包括用户端数据下发传输阶段、异构算力节点密态矩阵运算阶段、密态计算结果回传阶段；

20、实时采集各阶段的时钟运行数据、硬件功耗数据、电磁运行特征数据、缓存访问轨迹数据，比对预设安全判定标准识别异常侧信道泄露行为，生成对应的审计记录。

21、一种用于抗侧信道攻击的算力租赁安全方法，具体包括：

22、用户端读取本地自有原始输入张量、模型权重张量，向调度控制端提交算力租赁请求，同时与调度控制端建立加密安全信道；

23、调度控制端接收算力租赁请求，结合各异构算力节点实时运行状态完成异构算力节点分发调度，并在整个算力任务周期内持续监控各异构算力节点运行状态；

24、用户端生成一次性随机正交矩阵，利用该一次性随机正交矩阵对原始输入张量、模型权重张量执行同态随机折叠预处理，输出折叠张量数据；

25、用户端将折叠张量数据发送至分配完成的异构算力节点；

26、异构算力节点对折叠张量数据执行密态矩阵运算，生成密态计算结果并回传给用户端；

27、用户端接收密态计算结果，通过解折叠处理还原原始数据；

28、调度控制端针对算力任务全链路开展侧信道安全审计，对接可信日志系统存储并留存任务执行安全凭证。

29、作为所述用于抗侧信道攻击的算力租赁安全方法的进一步可选方案，所述一次性随机正交矩阵由用户端通过真随机数发生器直接生成，或用户端与调度控制端通过量子密钥分发、后量子密钥交换协议协商随机种子后，在用户端本地生成。

30、作为所述用于抗侧信道攻击的算力租赁安全方法的进一步可选方案，所述密态矩阵运算过程中，基于自适应双队列执行引擎补齐算子分支时钟周期、抹平硬件功耗波形，消除运算过程产生的定时、功耗、电磁、缓存侧信道泄露特征。

31、一种计算设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意一项用于抗侧信道攻击的算力租赁安全方法的步骤。

32、本发明的有益效果是：通过由用户端本地生成一次性随机正交矩阵，在本地完成原始输入张量、模型权重张量的同态随机折叠变换，仅将无直接信息关联的折叠张量下发至远端异构算力节点，原始张量、正交矩阵全程不对外传输，区别于现有方案直接明文上传原始数据的方式，即便攻击者捕获算力节点运算过程中的功耗、时序侧信道特征，也仅能获取折叠后密态张量的运行痕迹，无法反向还原出用户私有原始训练数据、模型权重，从数据源头切断侧信道攻击的信息溯源路径，同时用户端与调度控制端建立加密安全信道，算力租赁请求交互过程也避免明文泄露；其次，异构算力节点全程仅接触经过脱敏变换后的折叠张量数据，无法获取用户原始张量与变换密钥相关参数，不存在通过运算过程物理特征还原核心隐私数据的基础，同时异构算力节点在密态运算过程中可消除硬件运行时可被捕获的差异化物理特征，避免攻击者依靠时序、功耗、电磁等特征识别运算逻辑，大幅提升侧信道攻击的实施门槛，有效规避远端算力硬件层面产生的数据泄露风险；此外，调度控制端依据算力租赁请求精准分配算力资源，全程实时监控各异构算力节点硬件运行工况，能够及时捕捉节点异常功耗、时序突变等潜在侧信道攻击行为，同时覆盖数据传输、张量运算、结果回传完整链路开展侧信道安全审计，实时采集全阶段硬件特征数据并与安全标准比对，提前识别异常泄露行为，另外对接可信日志系统固化任务执行安全凭证，日志数据不可篡改，形成事前分配防护、事中监控审计、事后取证追溯的完整安全管控链路。