圖1：信息技術(shù)深入日常生活方方面面

自從1994年中國全功能接入互聯(lián)網(wǎng)以來，信息技術(shù)正滲透入人們每一天的生活。從出門需要攜帶現(xiàn)金、交通卡和銀行卡并備好各類面值的零錢，到一臺手機搞定所有支付，也不過短短28年。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，大數(shù)據(jù)應(yīng)運而生，數(shù)據(jù)處理量及共享率顯著提升，信息安全成為炙手可熱的話題。

*近場通信（NFC，Near Field Communication)：是一種可以實現(xiàn)點對點雙向傳輸?shù)男屡d技術(shù)。通過嵌入NFC芯片，智能手機、手表等設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無接觸支付、門禁控制等功能。

圖2：中國飛速發(fā)展的信息技術(shù)

四大層面加強信息安全

數(shù)據(jù)信息是數(shù)據(jù)經(jīng)濟發(fā)展的核心要素，也是國家重要資產(chǎn)和基礎(chǔ)戰(zhàn)略資源。據(jù)統(tǒng)計，2020年全球數(shù)據(jù)泄漏數(shù)量超過去15年總和a。新技術(shù)、新業(yè)務(wù)快速發(fā)展，特別是這些年來人工智能等技術(shù)的層出不窮，也為信息安全帶來全新挑戰(zhàn)。信息安全的保障措施不斷更新迭代。

意識升級，注意信息泄漏

就個人層面而言，我們在網(wǎng)頁瀏覽、軟件下載、社交平臺使用、賬號密碼設(shè)置過程中都可能涉及到信息安全問題。及時下載防詐騙APP，支付密碼與其他登錄密碼進行區(qū)別設(shè)定，不隨意下載未經(jīng)平臺審核的APP，都能幫助我們減少信息泄漏。

政策升級，不斷加碼

信息安全不僅僅是企業(yè)和個人關(guān)心的話題，更涉及國家層面的安全。因此，中國也針對信息安全發(fā)布了一系列的法律法規(guī)。其中，2016年發(fā)布、2017年實施的《網(wǎng)絡(luò)安全法》是中國第一部全面規(guī)范網(wǎng)絡(luò)空間安全管理方面問題的基礎(chǔ)性法律，是讓“互聯(lián)網(wǎng)+”在法治軌道上健康運行的重要保障。

圖3：中國信息安全相關(guān)政策發(fā)展

硬件升級，設(shè)備安全

在硬件層面，安全芯片內(nèi)部擁有獨立的處理器和存儲單元，可存儲密鑰和特征數(shù)據(jù)。沒有任何人可以竊取到其中的解密過程，只有輸入正確的指令后，安全芯片才會通知機器運行下一步指令。

目前比較常見的安全芯片是可信賴平臺模塊（TPM, Trusted Platform Module）安全芯片，它能處理設(shè)備中的加密密鑰，有效地保護個人計算機，防止非法用戶訪問。其設(shè)計基于由多家信息技術(shù)巨頭聯(lián)合成立的可信賴計算組織所提出的TPM規(guī)范。任何應(yīng)用皆可使用TPM芯片以實現(xiàn)數(shù)字版權(quán)保護、保護并執(zhí)行軟件許可等。

除TPM芯片外，由SK電訊（SKT，SK Telecom）旗下ID Quantique（IDQ）研發(fā)的量子隨機數(shù)發(fā)生器（QRNG，Quantum Random Number Generator）安全芯片可加密終端外部存儲器數(shù)據(jù)，通過生成不可預(yù)測的隨機一次性密碼（OTP，One Time Password），幫助用戶安全使用認證、金融、通訊等安全需求高的服務(wù)功能。

此外，蘋果（Apple）現(xiàn)行的T2安全芯片以保護設(shè)備密鑰、針對麥克風實行硬件阻斷（Hardware disconnect）等功能為核心特色。谷歌（Google）于2019年加入了OpenTitan項目，鼓勵廠家為數(shù)據(jù)中心和消費級設(shè)備開發(fā)信任根（Root-of-Trust）技術(shù)，設(shè)計開源安全芯片，修復芯片設(shè)計中固件和數(shù)據(jù)處理流程的故障，設(shè)定全新的信息安全體系。

圖4：各類安全芯片及主要廠家b

除安全芯片外，量子計算機、超級計算機等具有強大數(shù)據(jù)處理能力與高速運算能力的計算機也在保護信息安全方面發(fā)揮長處。通過結(jié)合使用人工智能與精密分析軟件，此類在大數(shù)據(jù)處理上具備指數(shù)級優(yōu)勢的計算機能夠成功偵破網(wǎng)絡(luò)威脅并再度加密，確保自有數(shù)據(jù)的安全性c。IBM（International Business Machines Corporation）即于近日宣布，計劃在2025年推出4000量子比特（qubit）處理器的量子計算機，拓展大規(guī)模實用量子計算，并推出量子安全相關(guān)產(chǎn)品。量子計算機的實現(xiàn)離不開其核心的量子芯片的發(fā)展，它將量子線路集成在基片上，進而承載量子信息處理的功能。與此同時，隨著量子計算的不斷升級，未使用量子安全保護的數(shù)據(jù)在未來都可能在一定程度上面臨風險，量子安全標準將成為熱點議題。

技術(shù)升級，授權(quán)與隱私

信息安全在技術(shù)層面的進展，主要可以分為訪問控制與隱私計算，一個就是我們俗稱的授權(quán)，另一個則針對常讓我們困擾的大數(shù)據(jù)分析。

訪問控制負責對用戶可否進入系統(tǒng)以及能夠讀寫的數(shù)據(jù)集范圍進行決策。在當前大數(shù)據(jù)時代，傳統(tǒng)的訪問控制技術(shù)在授權(quán)管理、策略描述、細粒度控制、隱私保護、實施架構(gòu)等方面都面臨新的挑戰(zhàn)，也對計算機的數(shù)據(jù)處理能力提出了更高的要求。

圖5：訪問控制的分類

隱私計算是涵蓋眾多學科的交叉融合技術(shù)，目前主流的隱私計算技術(shù)主要分為三大方向：基于密碼學的隱私計算技術(shù)、人工智能和隱私保護技術(shù)融合衍生的技術(shù)，以及基于可信硬件的隱私計算技術(shù)。

隱私計算的較新研究趨勢是同態(tài)加密（HE，Homomorphic Encryption）d，一種基于數(shù)學難題的計算復雜性理論的密碼學技術(shù)。數(shù)據(jù)需要通過云端或者服務(wù)器，經(jīng)由加密、處理、解密得出結(jié)果。但除了個人用戶之外，包括服務(wù)器在內(nèi)的任何一方，都無法看到原始數(shù)據(jù)，較大限度地保護用戶隱私。

圖6：同態(tài)加密技術(shù)效果

同態(tài)加密分為兩種：只滿足乘法同態(tài)或者加法同態(tài)的密碼學算法為半同態(tài)加密（SHE，Somewhat Homomorphic Encryption 或 PHE，Partially Homomorphic Encryption）；既滿足乘法同態(tài)又滿足加法同態(tài)，則為全同態(tài)加密（FHE，F(xiàn)ully Homomorphic Encryption）。

同態(tài)加密與不加密計算相比，多出了兩個步驟，因而需要高達幾千或幾萬倍的巨大計算量。并且，隨著計算的進行，密文大小會不斷膨脹，不僅對存儲力提出了挑戰(zhàn)，更導致計算愈發(fā)緩慢。目前，對于主流的同態(tài)加密算法來說，復雜的運算及較長的運算時間使其在生產(chǎn)行業(yè)中的落地頗受阻礙。因此，未來研究的關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)@如何通過專門設(shè)計的同態(tài)加速器大幅提高計算性能，進而縮短服務(wù)時間。

SK海力士產(chǎn)品助力數(shù)據(jù)處理，保障信息安全

在享受大數(shù)據(jù)時代紅利并不斷完善信息安全體系、發(fā)展相關(guān)技術(shù)的同時，我們也在面臨數(shù)據(jù)處理需求的挑戰(zhàn)升級：量子計算機、安全芯片等應(yīng)用的不斷拓展，推動半導體技術(shù)的不斷前行；而訪問控制、隱私計算等信息安全技術(shù)的發(fā)展，對芯片的算力、存儲力及穩(wěn)定性也提出越來越高的標準。SK海力士通過孜孜不倦的產(chǎn)品研發(fā)與技術(shù)革新，開發(fā)出一代又一代穩(wěn)定性高、功能強大的存儲芯片，大力支持信息安全技術(shù)的進步，為信息通訊的健康發(fā)展保駕護航。

PIM技術(shù)e

SK海力士開發(fā)出下一代智能內(nèi)存芯片技術(shù)——內(nèi)存中處理（PIM, Processing in Memory），它可以直接在內(nèi)存中處理數(shù)據(jù)，無需把數(shù)據(jù)從內(nèi)存讀取到中央處理器（CPU, Central Processing Unit）再進行處理，以此較大限度地減少數(shù)據(jù)傳輸量，提高復雜運算的能源效率。研究表明，此類數(shù)據(jù)處理方式能應(yīng)用于同態(tài)加密等計算密集型技術(shù)，通過結(jié)構(gòu)層面的調(diào)整減少延遲、提高能效f。

SK 海力士還開發(fā)出了公司首款基于PIM技術(shù)的產(chǎn)品 —— GDDR6-AiM（Accelerator-in-Memory，內(nèi)存加速器）的樣本。GDDR6-AiM是將計算功能添加到數(shù)據(jù)傳輸速度為16Gbps的GDDR6內(nèi)存的產(chǎn)品。與傳統(tǒng)DRAM相比，將GDDR6-AiM 與 CPU、圖形處理器（GPU, Graphics Processing Unit）相結(jié)合的系統(tǒng)，可在特定計算環(huán)境中將演算速度提高至較高16倍。GDDR6-AiM有望在機器學習、高性能計算、大數(shù)據(jù)計算和存儲等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其強大的算力更能為同態(tài)加密等計算密集型信息安全技術(shù)提供有力支持。

圖7：SK海力士GDDR6-AiM

HBM3 DRAMg

不少研究發(fā)現(xiàn)，全同態(tài)加密的主要性能瓶頸在于其對主內(nèi)存帶寬的高要求h。SK海力士的HBM3（High-Bandwidth Memory）DRAM能夠每秒處理819GB的數(shù)據(jù)，相當于能夠在一秒內(nèi)傳輸 163部全高清（Full-HD）電影（每部5GB）。它由多個垂直連接的DRAM芯片組合而成，是一種高價值產(chǎn)品，創(chuàng)新性地提高了數(shù)據(jù)處理速度。與此同時，該產(chǎn)品還內(nèi)置了ECC校檢（On Die-Error Correction Code）。HBM3通過該內(nèi)置型ECC校檢可以自身修復DRAM單元（Cell）的數(shù)據(jù)的錯誤，因此產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)定性也大幅提高。HBM3 DRAM的設(shè)計理念結(jié)合ECC校檢，能在提高計算效率的同時，提高準確度，讓信息能夠更加安全穩(wěn)定地輸出。

圖8：SK海力士 HBM3 DRAM

在信息互聯(lián)成為剛需的大數(shù)據(jù)時代，無論是對政府、機構(gòu)、企業(yè)，還是個人而言，信息安全都是亟待解決的重要議題。作為全球知名的半導體供應(yīng)商，SK海力士在不斷加強內(nèi)部信息安全管理體系的同時，更致力于通過探索前沿技術(shù)，提升芯片性能，助力信息安全的進一步發(fā)展。暢想未來，我們期待信息安全問題得以在各類政策框架及信息技術(shù)的支持下得到合理且妥善的解決，讓信息共享無憂，為我們的生活帶來更多便利。

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e.https://mp.weixin.qq.com/s/qMZ89NXoyIsiZ6pmEgoQ1g

f.https://eprint.iacr.org/2021/508.pdf

g.https://news.skhynix.com.cn/sk-hynix-announces-development-of-hbm3-dram/

h.https://www.computer.org/csdl/journal/si/2020/11/09179010/1mDpvhCa3rW

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