導(dǎo)讀：本文將從隱私計(jì)算技術(shù)的起源開始說(shuō)起，介紹什么是隱私計(jì)算，以及隱私計(jì)算的發(fā)展脈絡(luò)，并進(jìn)一步介紹隱私計(jì)算技術(shù)的一些應(yīng)用場(chǎng)景。

作者：李偉榮來(lái)源：大數(shù)據(jù)DT（ID：hzdashuju）

01 隱私計(jì)算技術(shù)的起源

假設(shè)有兩個(gè)百萬(wàn)富翁，他們都想知道誰(shuí)更富有，但他們都想保護(hù)好自己的隱私，都不愿意讓對(duì)方或者任何第三方知道自己真正擁有多少財(cái)富。那么，如何在保護(hù)好雙方隱私的情況下，計(jì)算出誰(shuí)更有錢呢？

這是2000年圖靈獎(jiǎng)得主姚期智院士在1982年提出的“百萬(wàn)富翁”問(wèn)題。這個(gè)燒腦的問(wèn)題涉及這樣一個(gè)矛盾，如果想比較兩人誰(shuí)更富有，兩人似乎就必須公布自己的真實(shí)財(cái)產(chǎn)數(shù)據(jù)。但是，兩個(gè)人又都希望保護(hù)自己的隱私，不愿讓對(duì)方或者任何第三方知道自己的財(cái)富。在普通人看來(lái)，這幾乎是一個(gè)無(wú)解的悖論。

然而在專業(yè)學(xué)者眼里，這是一個(gè)加密學(xué)問(wèn)題，可以表述為“一組互不信任的參與方在需要保護(hù)隱私信息以及沒有可信第三方的前提下進(jìn)行協(xié)同計(jì)算的問(wèn)題”。這也被稱為“多方安全計(jì)算”（Secure Multiparty Computation，SMC）問(wèn)題。

姚期智院士在提出“多方安全計(jì)算”概念的同時(shí)，也提出了自己的解決方案——混淆電路（Garbled Circuit）。隨著多方安全計(jì)算問(wèn)題的提出，投入到多方安全計(jì)算研究的學(xué)者越來(lái)越多。除了混淆電路之外，秘密共享）、同態(tài)加密等技術(shù)也開始被用來(lái)解決多方安全計(jì)算問(wèn)題，隱私計(jì)算技術(shù)也逐步發(fā)展了起來(lái)。

02 隱私計(jì)算的概念

多方安全計(jì)算在20世紀(jì)80年代初提出的時(shí)候，還只是作為一種亟待可行性驗(yàn)證的技術(shù)理論，而后計(jì)算機(jī)算力不斷提高，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)快速發(fā)展，催生了眾多新的服務(wù)模式和應(yīng)用。

這些服務(wù)和應(yīng)用一方面為用戶提供精準(zhǔn)、個(gè)性化的服務(wù)，給人們的生活帶來(lái)了極大便利；另一方面又采集了大量用戶的信息，而所采集的信息中往往含有大量包括病史、收入、身份、興趣及位置等在內(nèi)的敏感信息，對(duì)這些信息的收集、共享、發(fā)布、分析與利用等操作會(huì)直接或間接地泄露用戶隱私，給用戶帶來(lái)極大的威脅和困擾。

個(gè)人隱私保護(hù)成為人們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)，人們也都認(rèn)識(shí)到隱私信息是大數(shù)據(jù)的重要組成部分，而隱私保護(hù)關(guān)乎個(gè)人、企業(yè)乃至國(guó)家的利益。

針對(duì)隱私保護(hù)問(wèn)題，學(xué)術(shù)界開展了大量的研究工作，包括多方安全計(jì)算技術(shù)在內(nèi)的隱私保護(hù)技術(shù)在逐步完善發(fā)展中得以應(yīng)用。然而，隱私缺乏定量化的定義，隱私保護(hù)的效果、隱私泄露的利益損失以及隱私保護(hù)方案融合的復(fù)雜性三者缺乏系統(tǒng)的計(jì)算模型，這就使得隱私信息在不同系統(tǒng)和不同用戶間的共享、交換和分析過(guò)程中難以被準(zhǔn)確刻畫和量化，阻礙了各類計(jì)算和信息服務(wù)系統(tǒng)對(duì)隱私進(jìn)行有效、統(tǒng)一的評(píng)價(jià)。

針對(duì)這一問(wèn)題，2016年，中國(guó)科學(xué)院信息工程研究所研究員李鳳華等對(duì)隱私計(jì)算在概念上進(jìn)行了界定：

隱私計(jì)算是面向隱私信息全生命周期保護(hù)的計(jì)算理論和方法，具體是指在處理視頻、音頻、圖像、圖形、文字、數(shù)值、泛在網(wǎng)絡(luò)行為信息流等信息時(shí)，對(duì)所涉及的隱私信息進(jìn)行描述、度量、評(píng)價(jià)和融合等操作，形成一套符號(hào)化、公式化且具有量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的隱私計(jì)算理論、算法及應(yīng)用技術(shù)，支持多系統(tǒng)融合的隱私信息保護(hù)。

隱私計(jì)算涵蓋信息所有者、搜集者、發(fā)布者和使用者在信息采集、存儲(chǔ)、處理、發(fā)布（含交換）、銷毀等全生命周期中的所有計(jì)算操作，是隱私信息的所有權(quán)、管理權(quán)和使用權(quán)分離時(shí)隱私描述、度量、保護(hù)、效果評(píng)估、延伸控制、隱私泄露收益損失比、隱私分析復(fù)雜性等方面的可計(jì)算模型與公理化系統(tǒng)。

同時(shí)，中國(guó)信通院根據(jù)數(shù)據(jù)的生命周期，將隱私計(jì)算技術(shù)分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程、數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果4個(gè)方面，每個(gè)方面都涉及不同的技術(shù)，如圖1-1所示。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相對(duì)成熟，讀者也可能應(yīng)用過(guò)相關(guān)技術(shù)。

▲圖1-1 根據(jù)生命周期劃分的隱私計(jì)算技術(shù)

根據(jù)數(shù)據(jù)生命周期，我們可以將隱私計(jì)算的參與方分為輸入方、計(jì)算方和結(jié)果使用方三個(gè)角色，如圖1-2所示。

在一般的隱私計(jì)算應(yīng)用中，至少有兩個(gè)參與方，部分參與方可以同時(shí)扮演兩個(gè)或兩個(gè)以上的角色。計(jì)算方進(jìn)行隱私計(jì)算時(shí)需要注意“輸入隱私”和“輸出隱私”。輸入隱私是指參與方不能在非授權(quán)狀態(tài)下獲取或者解析出原始輸入數(shù)據(jù)以及中間計(jì)算結(jié)果，輸出隱私是指參與方不能從輸出結(jié)果反推出敏感信息。

▲圖1-2 隱私計(jì)算參與方的三種角色

聯(lián)合國(guó)全球大數(shù)據(jù)工作組將隱私保護(hù)計(jì)算技術(shù)定義為在處理和分析數(shù)據(jù)的過(guò)程中能保持?jǐn)?shù)據(jù)的加密狀態(tài)、確保數(shù)據(jù)不會(huì)被泄露、無(wú)法被計(jì)算方以及其他非授權(quán)方獲取的技術(shù)。與之基本同義的一個(gè)概念是“隱私增強(qiáng)計(jì)算技術(shù)”，通常可換用。本文統(tǒng)一使用中文簡(jiǎn)稱“隱私計(jì)算技術(shù)”。

03 隱私計(jì)算技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)

現(xiàn)在，除了MPC技術(shù)外，隱私計(jì)算領(lǐng)域還呈現(xiàn)出更多新的技術(shù)特點(diǎn)和解決方案。目前，從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，隱私計(jì)算主要有兩類主流解決方案：一類是采用密碼學(xué)和分布式系統(tǒng)；另一類是采用基于硬件的可信執(zhí)行環(huán)境（Trusted Execution Environment，TEE）。

目前，密碼學(xué)方案以MPC為代表，通過(guò)秘密共享、不經(jīng)意傳輸、混淆電路、同態(tài)加密等專業(yè)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。近幾年，其性能逐漸得到提升，在特定場(chǎng)景下已具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。基于硬件的可信執(zhí)行環(huán)境方案是構(gòu)建一個(gè)硬件安全區(qū)域，隱私數(shù)據(jù)僅在該安全區(qū)域內(nèi)解密出來(lái)進(jìn)行計(jì)算（安全區(qū)域之外，數(shù)據(jù)都以加密的形式存在）。

其核心是將數(shù)據(jù)信任機(jī)制交給像英特爾、AMD等硬件方，且因其通用性較高且計(jì)算性能較好，受到了較多云服務(wù)商的推崇。這種通過(guò)基于硬件的可信執(zhí)行環(huán)境對(duì)使用中的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)的計(jì)算也被稱為機(jī)密計(jì)算（Confidential Computing）。

另外，在人工智能大數(shù)據(jù)應(yīng)用的大背景下，近年來(lái)比較火熱的聯(lián)邦學(xué)習(xí)也是隱私計(jì)算領(lǐng)域主要推廣和應(yīng)用的方法。

圖1-3展示了各項(xiàng)隱私計(jì)算技術(shù)的發(fā)展時(shí)間線。可以看出，隱私計(jì)算技術(shù)還是比較“年輕”的技術(shù)。

▲圖1-3 隱私計(jì)算技術(shù)的發(fā)展時(shí)間線

《騰訊隱私計(jì)算白皮書2021》將當(dāng)前隱私計(jì)算的體系架構(gòu)總結(jié)為圖1-4。一般而言，越是上層，其面臨的情況可能越復(fù)雜，往往會(huì)綜合運(yùn)用下層中的多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行安全防護(hù)。

雖然根據(jù)多方安全計(jì)算的定義，聯(lián)邦學(xué)習(xí)（也就是圖1-4中的“聯(lián)合學(xué)習(xí)”）也應(yīng)該屬于廣義的“多方安全計(jì)算”范疇，但可能是由于當(dāng)前機(jī)器學(xué)習(xí)比較火熱，業(yè)界普遍將聯(lián)邦學(xué)習(xí)單獨(dú)列出。

▲圖1-4 隱私計(jì)算體系架構(gòu)

04 隱私計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

隱私計(jì)算技術(shù)可以為各參與方提供安全的合作模式，在確保數(shù)據(jù)合規(guī)使用的情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)價(jià)值挖掘，有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，隱私計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景還在不斷擴(kuò)展。

1. 金融行業(yè)

在金融行業(yè)，數(shù)據(jù)渠道融合與風(fēng)險(xiǎn)控制是業(yè)務(wù)實(shí)施的重要部分。作為數(shù)據(jù)隱私安全的重要保障，隱私計(jì)算技術(shù)在金融領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

隱私計(jì)算技術(shù)可以應(yīng)用于金融行業(yè)的獲客和風(fēng)控，比如多家金融機(jī)構(gòu)在不泄露客戶個(gè)人信息的前提下對(duì)客戶進(jìn)行聯(lián)合畫像和產(chǎn)品推薦；在多頭借貸等場(chǎng)景下，在不泄露客戶已有貸款數(shù)額、各金融機(jī)構(gòu)所擁有的黑名單等信息的前提下有效評(píng)估客戶的信用情況，降低違約風(fēng)險(xiǎn)。

以征信系統(tǒng)為例，銀行、小貸公司等金融機(jī)構(gòu)需要通過(guò)多個(gè)信息渠道對(duì)潛在用戶的歷史記錄進(jìn)行多維度計(jì)算分析。但由于這些數(shù)據(jù)具有很高的隱私性，且很多信息渠道并不具備足夠安全可靠的信息傳輸管控技術(shù)，征信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)豐富性不足或者維度缺失。

如圖1-5所示，通過(guò)隱私計(jì)算中的多方安全計(jì)算技術(shù)，各金融機(jī)構(gòu)、信息渠道可形成征信系統(tǒng)聯(lián)盟，各方數(shù)據(jù)無(wú)須離開本地就能提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)。

▲圖1-5 基于多方安全計(jì)算技術(shù)的征信系統(tǒng)聯(lián)盟

2. 醫(yī)療健康行業(yè)

在醫(yī)療健康行業(yè)，利用人工智能技術(shù)針對(duì)病情與病例數(shù)據(jù)建立機(jī)器學(xué)習(xí)模型并訓(xùn)練，可以提高醫(yī)療科研與病情推斷的效率，提升醫(yī)療服務(wù)的精準(zhǔn)度。

但是由于之前缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì)，各地醫(yī)院的信息系統(tǒng)獨(dú)立且分散；同時(shí)，由于醫(yī)療數(shù)據(jù)屬于極度隱私的信息，為了避免出現(xiàn)合規(guī)風(fēng)險(xiǎn)，各醫(yī)療機(jī)構(gòu)普遍對(duì)數(shù)據(jù)持保守態(tài)度，病情與病例數(shù)據(jù)不允許離院共享，各醫(yī)療渠道信息的數(shù)據(jù)融合難度極大，阻礙了醫(yī)療系統(tǒng)的智能化發(fā)展。

隱私計(jì)算技術(shù)能夠保護(hù)數(shù)據(jù)隱私，有望打破醫(yī)療數(shù)據(jù)孤島現(xiàn)象，在醫(yī)療行業(yè)大有可為。比如利用隱私計(jì)算中的聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)，各醫(yī)療機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)在原始數(shù)據(jù)不離院的情況下進(jìn)行聯(lián)合建模，如圖1-6所示。事實(shí)上，在醫(yī)療健康領(lǐng)域，隱私計(jì)算技術(shù)已經(jīng)逐步落地。

3. 政務(wù)行業(yè)

在政務(wù)行業(yè)，隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，智慧城市與政務(wù)大數(shù)據(jù)逐步深入人心，各地政府不斷加強(qiáng)推動(dòng)大數(shù)據(jù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)，多地政府設(shè)立大數(shù)據(jù)發(fā)展局、大數(shù)據(jù)管理局等相關(guān)管理機(jī)構(gòu)。

政務(wù)數(shù)據(jù)涉及醫(yī)保、社保、公積金、稅務(wù)、司法、交通等方方面面，隱私安全尤為重要，如能利用隱私計(jì)算技術(shù)打通政務(wù)數(shù)據(jù)、挖掘數(shù)據(jù)潛能，那么智慧城市建設(shè)必將如虎添翼。

舉例來(lái)說(shuō)，隱私計(jì)算技術(shù)可以提供政府?dāng)?shù)據(jù)與電信企業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等社會(huì)數(shù)據(jù)融合的解決方案，比如可以聯(lián)合多部門的數(shù)據(jù)對(duì)道路交通狀況進(jìn)行預(yù)判，實(shí)現(xiàn)車輛路線導(dǎo)航的最優(yōu)規(guī)劃，減緩交通堵塞。目前，在一些地方政府的相關(guān)規(guī)劃里，隱私計(jì)算技術(shù)有望成為下一個(gè)應(yīng)用推廣的重點(diǎn)。

▲圖1-6 基于聯(lián)邦學(xué)習(xí)的醫(yī)療場(chǎng)景

未來(lái)，隱私計(jì)算技術(shù)將廣泛應(yīng)用于金融、保險(xiǎn)、醫(yī)療、物流、汽車等眾多擁有隱私數(shù)據(jù)的領(lǐng)域，在解決數(shù)據(jù)隱私保護(hù)問(wèn)題的時(shí)候，也幫助解決行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題，為大量AI模型的訓(xùn)練和技術(shù)落地提供一種合規(guī)的解決方案。