Heracles: Neuer Intel-Chip rechnet schnell mit verschlüsselten Daten

Ein neu entwickelter Spezialchip des US-Konzerns Intel soll die verschlüsselte Datenverarbeitung erheblich beschleunigen. Der Chip mit dem Namen "Heracles" rechnet mit homomorph verschlüsselten Daten bis zu 5.000-mal schneller als aktuelle Serverprozessoren.

Besonderer Datenschutz in der Cloud

Bei der zugrunde liegenden Technologie, der vollständig homomorphen Verschlüsselung (Fully Homomorphic Encryption, FHE), bleiben Daten während der gesamten Verarbeitung verschlüsselt. Dadurch könnten beispielsweise medizinische Informationen oder persönliche Daten in Cloud-Diensten ausgewertet werden, ohne dass Betreiber die Inhalte je im Klartext sehen können. Das gilt als vielversprechender Ansatz, etwa um genetische Risiken zu analysieren oder vertrauliche Datenabfragen sicher durchzuführen.

Bisher galt FHE allerdings als extrem rechenintensiv. Auf herkömmlichen Prozessoren dauert die Verarbeitung verschlüsselter Daten oft tausend- bis zehntausendmal länger als bei unverschlüsselten Informationen. Genau hier setzt Heracles, der auf der Fachkonferenz IEEE International Solid-State Circuits Conference in San Francisco vorgestellt wurde, an.


In einer Demonstration überprüfte der Chip eine verschlüsselte Anfrage in 14 Mikrosekunden, während ein moderner Serverprozessor vom Typ Intel Xeon dafür rund 15 Millisekunden benötigte. Bei großen Datenmengen kann dieser Unterschied entscheidend sein: Die Überprüfung von 100 Millionen Datensätzen würde mit einer CPU mehr als 17 Tage dauern, mit Heracles dagegen nur etwa 23 Minuten.

Der Prozessor wurde im Rahmen eines Forschungsprogramms der US-Behörde Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) entwickelt. Er besitzt 64 spezialisierte Rechenkerne, die parallel komplexe mathematische Operationen ausführen können. Eine Hochleistungs-Speicheranbindung mit insgesamt 48 Gigabyte sorgt dafür, dass die stark anwachsenden Datenmengen der Verschlüsselung schnell verarbeitet werden können.

Viele parallele Entwicklungen

Denn ein grundlegendes Problem der Technik ist die enorme Vergrößerung der Daten: Verschlüsselte Informationen können um Größenordnungen größer sein als ihre ursprüngliche Form. Gleichzeitig erfordert FHE besonders präzise Berechnungen mit sehr großen Zahlen - etwas, das klassische CPUs und GPUs nur eingeschränkt effizient leisten.

Trotz des Fortschritts ist der Wettbewerb um praxistaugliche Lösungen in vollem Gange. Start-ups wie Niobium Microsystems, Fabric Cryptography, Cornami und Optalysys arbeiten ebenfalls an speziellen Beschleunigerchips. Einige konzentrieren sich auf Anwendungen im Bereich Künstliche Intelligenz, etwa verschlüsselte Sprachmodelle oder sichere Suchsysteme.

Intel sieht seinen Prototyp als wichtigen Meilenstein in dem Rennen. Laut Projektleiter Sanu Mathew sei Heracles "die erste Hardware, die FHE in großem Maßstab ermöglicht". Ob und wann daraus bereits ein kommerzielles Produkt entsteht, ist jedoch noch offen.


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