ECE芯片：高效安全的计算
本文是系列文章的第一部分，重点介绍了BU ECE在2022年芯片和科学法案的保护下对澳门威尼斯人注册网站研究和教育的贡献，以及我们的澳门威尼斯人注册网站在国家努力建立一个强大和创新的半导体产业的集体投资。
A.J.克莱伯著
在当今社会，我们不断地生成和共享数据，例如我们汇总的健身记录、手机照片备份、跨平台应用偏好，以及通过任何数量的个人设备提供的更多数据；其中大部分被发送到云端进行处理。虽然这些服务在很多方面使我们的生活更轻松，但所有这些私人数据都需要得到保护，以避免恶意利用；这就是我们这些终端用户通常看不到的重大挑战。
为保护用户隐私而实现的数据加密造成了一个困境：对数据进行解密以进行处理（目前这是一种常见做法）会使数据容易受到攻击。另一方面，处理仍然加密的数据非常耗费资源，甚至足以挑战云的相对巨大容量。在红帽合作实验室和美国国家科学基金会的支持下，Ajay Joshi教授和他的澳门威尼斯人注册网站研究小组正在努力解决这个难题：我们如何在不牺牲安全性的情况下提高计算效率？
答案可能在于完全同态加密（FHE）——或者更确切地说，在于Joshi教授的团队正在努力开发的对FHE的改进。FHE是一种处理数据而不首先解密的方法；“同态”是一个希腊语术语，意思是“相同的结构”，它允许在类似的数据集上进行操作，该数据集保留了原始数据元素之间的关系。虽然就安全性而言，它是一个强大的选择，但FHE具有巨大的内存和计算需求；它还会产生大量的“噪声”，为了避免破坏处理结果，必须清除这些噪声。（例如，电子邮件地址可能被垃圾字符损坏，在这种情况下，它将不再工作。）这个清理过程被称为“引导”，它会吞噬更多的云资源。
为了将FHE转变为一种更有效的技术，Joshi和他的学生以及多机构的合作者采取了各种方法，从设计具有内置内存节省技术的新颖架构，到解决“边缘设备”（网络端点，如智能手机）中的计算拥塞。今年到目前为止，他们的努力已经发表了四篇论文，其中三篇发表在主要的计算机架构会议上（一篇在HPCA，两篇在MICRO 2023），另一篇发表在顶级期刊《IEEE VLSI系统汇刊》上。其中三篇论文的第一作者是最近的欧洲经委会毕业生和前乔希顾问拉什米·阿格拉瓦尔（22年博士）和扎赫拉·阿扎德（22年博士）。所有四篇论文都描述了基于fhe的计算性能的显著改进。
在他们不断努力提高每个阶段受保护数据的有效过程中，Joshi的团队体现了一种具有社区意识的澳门威尼斯人注册网站研究和技术开发方法；我们不仅致力于保护我们这个相互联系的社会中每个人的隐私，而且本着红帽合作实验室和社会工程的精神，为不同部门的同事们提供新的工具和技术。进一步的互补项目和伙伴关系正在积极讨论中，这无疑将继续促进我们日常生活中不断发展的技术基础的改进。
Ajay Joshi教授2009年加入电气与计算机工程系。他是Rafik B. Hariri计算和计算科学与工程学院澳门威尼斯人注册网站研究员和附属机构（BU Photonics Center的附属机构），并担任IEEE Transactions on VLSI Systems的副主编。他的荣誉包括两次谷歌澳门威尼斯人注册网站澳门威尼斯人注册网站研究奖（2019年和2018年），ASIACCS（2018年）和HOST（2023年）的最佳论文奖，NSF CAREER奖（2012年）等等。Joshi教授的澳门威尼斯人注册网站研究兴趣包括计算机体系结构、硬件安全和隐私、超大规模集成电路设计和硅光子学。