Ученые Пензенского государственного университета предложили инновационную технологию гомоморфных вычислений и создали на ее основе прототипы инновационных вычислительных спецпроцессоров на кристалле в партнерстве с лидером мировой IТ-индустрии компанией «Хуавэй». Об этом сообщило Министерство науки и высшего образования РФ.

Разработанная гомоморфная технология вычислений, по словам разработчиков, позволяет даже на обычных универсальных компьютерных процессорах проводить вычисления в 2–5 раз быстрее, а при необходимости обеспечить также и доверенные вычисления, то есть обеспечить защиту от внешних несанкционированных воздействий и коррекции данных и вычислительных процессов.

«Используя наши методы, алгоритмы, аппаратно-программные решения в IT-системах организаций и промышленных предприятий, можно обеспечить гарантированную защиту и целостность своих конфиденциальных данных и программных решений. Даже если злоумышленник получит доступ к данным и приложениям системы, он не сможет разобраться в их содержании и логике вычислений в приемлемое на практике время. Данные кодируются, а алгоритмы их обработки конструируются в „секретных” гибридных системах счисления, известных только доверенным лицам. Конечно, чудес не бывает, и человеческий фактор исключить нельзя, но это уже другие методы обеспечения конфиденциальности», — прокомментировал руководитель коллектива разработчиков, главный научный сотрудник Научно-исследовательского института фундаментальных и прикладных исследований ПГУ, д-р техн. наук, профессор Владимир Князьков.

Разработанные специализированные процессоры кристального уровня в результате Научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) по спецзаказу компании «Хуавэй» не имеют аналогов в мире по быстродействию, энергопотреблению и «затрат ресурсов кристалла» для задач, определенных заказчиком.

Вычислительные устройства с применением гомоморфных систем счисления могут быть реализованы не только в специализированных микросхемах и системах на кристалле определенной серии. Практически их можно реализовать и на серийных вычислительных перепрограммируемых микросхемах, в том числе и российского производства, в современных смартфонах в программном или программно-аппаратном исполнении, смарт-часах, бытовой техники, компьютерах и так далее. Интересно, что, если применить гомоморфные системы счисления (а вариантов таких систем порядка миллиарда) на уровне промышленного производства «умных» бытовых приборов, можно обеспечить их защиту от внешних воздействий злоумышленников. Суть та же, что используется при производстве интеллектуальных ключей для автомобилей. Только производитель может знать, в каком из выпущенных изделий используется конкретная система счисления: способы кодирования данных и правила выполнения операций над ними.

Аналогов в мире предложенной технологии гибридных гомоморфных вычислений пока нет. Исследования в этой области носят фундаментальный (в части теории чисел, теории алгоритмов и вычислительной математики) и прикладной (в части теории вычислительных систем, прикладного программирования и компьютерных систем счисления).

Научный коллектив продолжает развивать фундаментальные и прикладные исследования при тесном контакте с Научно-исследовательским центром мирового уровня «Инженерия будущего» (г. Самара), лидером мировой IТ-индустрии компанией «Хуавэй», научно-производственными предприятиями (г. Пенза).

Стоит сказать, что разработанная в Пензенском государственном университете технология гибридных гомоморфных вычислений — это результат многолетней работы, которая ведется в Научно-исследовательском институте фундаментальных и прикладных исследований ПГУ высококвалифицированной научной группой, ведущими специалистами которой являются: канд. техн. наук, доцент Роман Федюнин, канд. техн. наук Илья Осинин, канд. техн. наук, доцент Константин Исупов, руководитель и лидер группы, д-р техн. наук, профессор Владимир Князьков.

Научный коллектив группы исследует и развивает методы, алгоритмы, программные и программно-аппаратные решения и технологии применения гомоморфных (защищенных) вычислений и обработки информации для актуальных научных и прикладных задач. Все это делается в интересах индустриально-технологического комплекса России.

В НИИ ФиПИ по тематике гомоморфных вычислений реализованы проекты по Президентской программе исследовательских проектов, по аналитической целевой программе Минобрнауки РФ.

За выполнение цикла работ коллектив научной группы отмечен премией Госкорпорации «Росатом» награжден различными российскими и международными дипломами конкурсов и выставок.

В 2023 году для выполнения проекта «Разработка компактной, малопотребляющей технологии сокрытия содержания внешних недоверенных вычислений искусственного интеллекта, построенных на персептронах, обученных по ГОСТ Р 52633.5» научный коллектив на конкурсе проектов получил от Научно-образовательного центра мирового уровня «Инженерия будущего» инновационный сертификат на дополнительное финансирование и мотивационную поддержку научных технологических проектов, реализуемых предприятиями реального сектора экономики совместно с высшими учебными заведениями. Проект выполняется в интересах ООО «Пензенский научно-исследовательский электротехнический институт» (г. Пенза).

Ученые института продолжают изучать и создавать новые непозиционные гомоморфные арифметики, созданных на их математической базе технологии вычислений. Они применимы в самых разнообразных прикладных областях. Это защищенные системы искусственного интеллекта, доверенные системы облачных вычислений, защищенные Интернет вещи, вычисления сверхвысокой точности в астрономических и инженерных расчетах, высокоточное моделирования климатических процессов, вычисления в области экспериментальной математики.