來源論文：環(huán)球網(wǎng)
【環(huán)球網(wǎng)科技報(bào)道 記者 李文瑤】2025年，螞蟻技術(shù)研究院計(jì)算系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在全同態(tài)加密加速領(lǐng)域發(fā)表了6篇頂級(jí)會(huì)議論文，覆蓋計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域國際四大頂級(jí)會(huì)議ISCA、ASPLOS、MICRO、HPCA和編譯領(lǐng)域的頂級(jí)會(huì)議CGO，在同期該領(lǐng)域17篇頂會(huì)論文中占比超過三分之一，呈現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)論文。
什么是全同態(tài)加密？全同態(tài)加密是一種允許在加密數(shù)據(jù)上直接進(jìn)行計(jì)算的密碼學(xué)技術(shù)，計(jì)算完成后，將結(jié)果解密，得到的內(nèi)容與對(duì)原始明文進(jìn)行同樣計(jì)算的結(jié)果一致論文。其核心特點(diǎn)是“可算不可見”，即在數(shù)據(jù)處理全過程中，數(shù)據(jù)始終處于加密狀態(tài)，無需解密即可完成運(yùn)算。
行業(yè)認(rèn)為，全同態(tài)加密技術(shù)為高敏感高價(jià)值數(shù)據(jù)的安全流通與計(jì)算提供了終極密碼學(xué)保障論文。目前微軟、英特爾、谷歌、英偉達(dá)等全球科技企業(yè)及多國政府均在加大投入，推動(dòng)其從理論走向規(guī)?；瘧?yīng)用。而要讓全同態(tài)加密技術(shù)走向?qū)嵱?，首要的問題就是提升全同態(tài)加密的計(jì)算性能。
2025年，中國團(tuán)隊(duì)在學(xué)術(shù)領(lǐng)域取得了亮眼的數(shù)據(jù)論文。在螞蟻密算科技CTO、螞蟻技術(shù)研究院計(jì)算系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任閆守孟看來，論文數(shù)量領(lǐng)先是重要里程碑，代表團(tuán)隊(duì)研究已達(dá)國際前沿水平。
圖：近年來同態(tài)加密加速工作性能比較（截至2025年12月）
螞蟻技術(shù)研究院計(jì)算系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室副主任、先進(jìn)加速技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人張明喆則表示，全同態(tài)加密領(lǐng)域的研究尚在早期，當(dāng)前首要任務(wù)是降低技術(shù)門檻、擴(kuò)大研究群體、培育健康生態(tài)論文。隨著量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展將使許多現(xiàn)有加密算法失效，發(fā)展全同態(tài)加密，是為未來5-10年的量子威脅做好安全儲(chǔ)備。
目前，全同態(tài)加密技術(shù)已經(jīng)成為全球前沿科技研究的熱門領(lǐng)域，其中來中國的螞蟻團(tuán)隊(duì)正探索一條全棧協(xié)同、軟硬結(jié)合的路徑論文?？梢灶A(yù)見的是，關(guān)注并投入全同態(tài)加密領(lǐng)域研究，是參與制定未來數(shù)據(jù)安全國際標(biāo)準(zhǔn)、保障國家數(shù)字主權(quán)、在全球數(shù)字治理中贏得話語權(quán)的戰(zhàn)略必需。
技術(shù)路徑轉(zhuǎn)向 性能提升3000倍
在眾多隱私計(jì)算技術(shù)路線中，全同態(tài)加密為何被稱為“圣杯”？這源于其在安全性、適用性和未來前瞻性上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)論文。
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全同態(tài)加密的最大特點(diǎn)在于其能夠直接在密文上進(jìn)行計(jì)算，而無需解密論文。這意味著，數(shù)據(jù)從離開所有者到計(jì)算完成返回結(jié)果的整個(gè)流程中，都處于加密狀態(tài)，真正實(shí)現(xiàn)了“數(shù)據(jù)可算不可見”。
閆守孟進(jìn)一步指出，全同態(tài)加密基于數(shù)學(xué)難題構(gòu)建，安全性可通過數(shù)學(xué)證明，不依賴對(duì)任何第三方的信任論文。
“現(xiàn)代全同態(tài)加密技術(shù)還具備抗量子攻擊的屬性論文?！遍Z守孟表示，這一特性使得全同態(tài)加密不僅解決當(dāng)前的數(shù)據(jù)安全問題，也為應(yīng)對(duì)未來量子計(jì)算帶來的威脅做好了準(zhǔn)備。
隨著量子計(jì)算的發(fā)展，傳統(tǒng)加密技術(shù)面臨被破解的風(fēng)險(xiǎn)論文。而全同態(tài)加密基于的LWE問題在數(shù)學(xué)上可以證明，即使使用量子計(jì)算機(jī)，在有限時(shí)間內(nèi)，破解它所需的計(jì)算量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過量子計(jì)算機(jī)的能力。
對(duì)此，來自中國業(yè)界的科研團(tuán)隊(duì)在全同態(tài)加密領(lǐng)域已經(jīng)取得一定探索成果論文。在基于GPU、FPGA等商用加速設(shè)備的全同態(tài)加密加速方面，螞蟻團(tuán)隊(duì)提出的技術(shù)路徑實(shí)現(xiàn)了方案性能的持續(xù)優(yōu)化，目前相較測(cè)試基準(zhǔn)已取得超過3000倍的性能提升。
這一成果源于一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)路徑選擇轉(zhuǎn)向論文。2021年之前，全同態(tài)加密加速領(lǐng)域的主流共識(shí)是必須依賴專用定制硬件加速器——設(shè)計(jì)比GPU更龐大、更昂貴的定制電路來解決巨大的計(jì)算量問題。當(dāng)時(shí)基于GPU的研究對(duì)這一技術(shù)的性能提升成果有限，以至于學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，通用計(jì)算硬件在面對(duì)全同態(tài)加密這種特殊負(fù)載時(shí)“作用有限”。
在2021年進(jìn)入這一領(lǐng)域時(shí)，張明喆敏銳地抓住了硬件生態(tài)的變化契機(jī)：“GPU現(xiàn)在發(fā)展很快，其中集成的算力密度一直在增長論文?！币虼?，他帶領(lǐng)的螞蟻團(tuán)隊(duì)沒有盲從“必須定制硬件”的既有思路，而是從根本問題出發(fā)：為什么全同態(tài)加密在GPU上跑得慢？
通過深入分析，螞蟻團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)核心問題在于密碼學(xué)算法的計(jì)算特性，與現(xiàn)代GPU的能力不匹配，這種不匹配不一定需要改變硬件，而可以通過優(yōu)化軟件、提升算法對(duì)硬件的適配性來解決論文。
這一發(fā)現(xiàn)引領(lǐng)了團(tuán)隊(duì)走向一條“以軟件優(yōu)化挖掘硬件潛力”的新路徑論文?！霸谲浖陀布贿m配的問題上，我們的解法是在軟件側(cè)而非硬件側(cè)”，張明喆表示，這種思路轉(zhuǎn)變看似簡單，實(shí)則需要對(duì)密碼學(xué)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)兩個(gè)領(lǐng)域的深刻理解。
這一技術(shù)路線的成功也產(chǎn)生了國際影響論文。張明喆稱，包括韓國首爾大學(xué)等直接競爭對(duì)手，也已從硬件加速器研究轉(zhuǎn)向GPU加速研究，并采用了螞蟻團(tuán)隊(duì)提出的“硬件指導(dǎo)軟件優(yōu)化”思路。
跨學(xué)科協(xié)同 KLSS算法成功落地
如果說3000倍性能提升展示的是“量”的突破，那么KLSS算法的成功引入則代表著“質(zhì)”的飛躍論文。這一突破不僅解決了一個(gè)具體的技術(shù)難題，更建立了一種跨學(xué)科協(xié)作的新模式。
KLSS算法是一種針對(duì)全同態(tài)加密核心操作“密鑰交換”的優(yōu)化算法，由密碼學(xué)家在2023年的頂級(jí)會(huì)議Crypto 2023上提出論文。密鑰交換操作在全同態(tài)加密中至關(guān)重要，它解決了密文計(jì)算過程中數(shù)據(jù)膨脹問題，但卻占用了整個(gè)計(jì)算流程80%-90%的時(shí)間，成為主要性能瓶頸。
KLSS算法通過計(jì)算切片和并行化，理論上能大幅縮短密鑰交換時(shí)間論文。然而，該算法有一個(gè)致命缺陷：當(dāng)把計(jì)算切片并行化時(shí)，每個(gè)切片都需要自己的加密數(shù)據(jù)塊，導(dǎo)致帶寬需求隨并行切片數(shù)量呈線性增長。這個(gè)問題在CPU上尚可接受，但在GPU等高并行度硬件上，帶寬需求會(huì)“膨脹幾千到上萬倍”，使得理論突破無法在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)用。
螞蟻團(tuán)隊(duì)在算法發(fā)表后迅速跟進(jìn)，“2023年9月份就開始看到這篇論文，開始對(duì)這個(gè)算法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了帶寬的問題”，張明喆稱，團(tuán)隊(duì)對(duì)此開展了一系列研究，首先在2025年成功在GPU上優(yōu)化了這一算法，使其在不依賴過高硬件資源的條件下具備了落地可能論文。隨后，團(tuán)隊(duì)還圍繞這一算法開展了一系列硬件加速器研究，并最終實(shí)現(xiàn)了圍繞硬件特性對(duì)密碼學(xué)算法進(jìn)行優(yōu)化，使KLSS算法真正具備了落地的可能性。在這一過程中，團(tuán)隊(duì)陸續(xù)發(fā)表了4篇頂級(jí)會(huì)議論文，實(shí)現(xiàn)了學(xué)術(shù)研究和實(shí)用化的雙豐收。
KLSS算法優(yōu)化上的突破只是一方面，更重要的是，密碼學(xué)界與計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)界這兩個(gè)原來不相關(guān)的領(lǐng)域，通過這項(xiàng)研究找到了一個(gè)共同前進(jìn)的范式論文。過去，密碼學(xué)家和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)研究者往往各自為政：密碼學(xué)界專注于算法本身的理論安全性和數(shù)學(xué)優(yōu)雅性；體系結(jié)構(gòu)界則聚焦于如何讓計(jì)算更快、更高效。兩者之間的溝通鴻溝，導(dǎo)致了許多理論上優(yōu)秀的算法在實(shí)踐中難以落地。
張明喆表示，目前螞蟻團(tuán)隊(duì)除了推進(jìn)該算法的應(yīng)用落地，同時(shí)也在圍繞進(jìn)一步提升同態(tài)加密應(yīng)用性能所面臨的卡點(diǎn)推動(dòng)密碼學(xué)和計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的跨學(xué)科溝通論文。
全球技術(shù)路線分野論文，中國團(tuán)隊(duì)的全棧突圍
放眼全球，全同態(tài)加密技術(shù)已成為各國科技競爭的新焦點(diǎn)論文。美國、韓國、歐洲等國家和地區(qū)都在投入大量資源推動(dòng)該技術(shù)從理論走向工程落地，并基于自身優(yōu)勢(shì)，形成了各具特色的發(fā)展路徑。
美國依托其在芯片制造領(lǐng)域的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，采取了“硬件先行”的策略論文。以英特爾、微軟為代表的科技企業(yè)，正致力于研發(fā)高性能的全同態(tài)加密專用或通用加速芯片，以此帶動(dòng)上層系統(tǒng)、算法和應(yīng)用的配套開發(fā)。
韓國則走的是“密碼學(xué)牽引”路線論文。該國在全同態(tài)加密基礎(chǔ)算法研究方面積累深厚，許多全同態(tài)加密基礎(chǔ)算法都由韓國學(xué)者提出。他們先由密碼學(xué)領(lǐng)域給出新算法、新協(xié)議和新安全模型，再以此為牽引，推動(dòng)體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)方向的演進(jìn)。
歐洲特別是法國，更關(guān)注特定領(lǐng)域的全同態(tài)加密解決方案論文。由于受區(qū)塊鏈公司資助較多，歐洲團(tuán)隊(duì)更專注于適合小數(shù)據(jù)、頻繁比較操作的加密方案，與中美韓關(guān)注的大數(shù)據(jù)處理方案形成差異化路線對(duì)比。
在這一全球競爭格局中，以螞蟻團(tuán)隊(duì)為代表之一的中國路徑則是一條“全棧突圍”的道路論文?！拔覀兗葲]有韓國式的‘密碼學(xué)壓艙石’，也沒有美國式的‘芯片底牌’。”張明喆坦言，中國技術(shù)團(tuán)隊(duì)面對(duì)的是國內(nèi)在高端密碼學(xué)基礎(chǔ)研究起步較晚、先進(jìn)制程芯片難以獲得的現(xiàn)實(shí)。
螞蟻團(tuán)隊(duì)選擇的覆蓋軟件、硬件與系統(tǒng)的多層次協(xié)同優(yōu)化路徑，將研究分為六個(gè)核心板塊：應(yīng)用優(yōu)化、算法與并行計(jì)算、計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、算子電路、系統(tǒng)集成和編譯器研究，從而搭建起一套硬件可替代、軟件強(qiáng)兼容、能力可伸縮的韌性技術(shù)體系論文。
張明喆表示，這種全棧、問題導(dǎo)向、強(qiáng)調(diào)可實(shí)現(xiàn)性與成本約束的路線，雖然不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)制造出“光鮮奪目的優(yōu)異指標(biāo)”，但在未來五年左右的時(shí)間尺度上，有望形成一套與美韓完全不同、卻具備實(shí)際競爭力的全同態(tài)加密技術(shù)體系論文。
“任何一個(gè)領(lǐng)域都不可能靠一個(gè)團(tuán)隊(duì)的一枝獨(dú)秀，形成能引領(lǐng)科研發(fā)展的力量論文。”張明喆直言，當(dāng)前國內(nèi)在全同態(tài)加密加速領(lǐng)域發(fā)過頂會(huì)論文的單位僅有四家，遠(yuǎn)未形成繁榮的生態(tài)。
為此，螞蟻團(tuán)隊(duì)通過校企合作項(xiàng)目，每年定向圍繞全同態(tài)加密加速需求向國內(nèi)學(xué)術(shù)界發(fā)布十個(gè)課題，吸引更多人進(jìn)入這一領(lǐng)域，同時(shí)幫助提升國內(nèi)在全同態(tài)加密領(lǐng)域的研究水平論文。
從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用論文，全同態(tài)加密的規(guī)?；?/p>
盡管全同態(tài)加密技術(shù)仍面臨性能瓶頸、應(yīng)用門檻高等挑戰(zhàn)，但其產(chǎn)業(yè)化前景已經(jīng)顯現(xiàn)論文。隨著技術(shù)不斷成熟和成本逐漸降低，全同態(tài)加密有望從高敏感領(lǐng)域的小范圍應(yīng)用，擴(kuò)展到更廣泛的商業(yè)場景。
“同態(tài)加密的技術(shù)概念是在上世紀(jì)60年代被提出來的，但這項(xiàng)技術(shù)第一次被證明可以實(shí)現(xiàn)是在2009年論文?！睆埫鲉幢硎荆瑧B(tài)加密技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)非?？?，在過去20年間幾乎走完了之前AI發(fā)展所需的半個(gè)世紀(jì)的路，當(dāng)前已經(jīng)到了實(shí)際應(yīng)用爆發(fā)的前夜。”
“全同態(tài)加密作為這一技術(shù)領(lǐng)域的‘圣杯’，適合被應(yīng)用在最敏感、數(shù)據(jù)價(jià)值最高的場景里論文?！遍Z守孟表示，全同態(tài)加密的特性使其適用于“強(qiáng)對(duì)手、弱信任”條件下的安全計(jì)算場景。
目前，全同態(tài)加密的預(yù)期應(yīng)用場景集中在金融、醫(yī)療、跨境等高敏感高價(jià)值數(shù)據(jù)場景，這一技術(shù)可以為相關(guān)機(jī)構(gòu)提供了迄今最徹底的隱私保護(hù)解決方案論文。例如在金融領(lǐng)域用于保護(hù)客戶資產(chǎn)與交易記錄，在確保數(shù)據(jù)隱私的前提下進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制和客戶洞察；在醫(yī)療領(lǐng)域使醫(yī)療機(jī)構(gòu)能夠在保護(hù)患者隱私的同時(shí)，利用大模型輔助分析病例。
在大模型時(shí)代，全同態(tài)加密的價(jià)值進(jìn)一步凸顯論文。全同態(tài)加密可以讓云端服務(wù)商也無法窺視數(shù)據(jù)內(nèi)容，解決了大模型落地的“最后一公里”信任問題。在相關(guān)應(yīng)用上，全同態(tài)加密正朝著實(shí)時(shí)化方向發(fā)展。閆守孟透露：“我們覺得大概過不了多長時(shí)間可以到一個(gè)大模型系統(tǒng)使用的最低要求——一個(gè)token大概一百毫秒?！?/p>
隨著性能提升和成本下降，全同態(tài)加密的應(yīng)用場景將不斷擴(kuò)展論文。張明喆預(yù)測(cè)：“未來兩三年，我們覺得這個(gè)技術(shù)能在具體的應(yīng)用場景小范圍真正用起來，意味著接觸到用戶真的數(shù)據(jù)，并真的產(chǎn)生價(jià)值?！?/p>
成本是制約應(yīng)用的關(guān)鍵，當(dāng)前全同態(tài)加密仍比明文計(jì)算的成本高出多個(gè)數(shù)量級(jí)論文。張明喆舉例稱，“目前，我們基于8個(gè)GPU去加速大模型對(duì)密文的推理，其成本大約比目前中等規(guī)模大模型要高大約三個(gè)數(shù)量級(jí)左右?！?/p>
但隨著技術(shù)進(jìn)步，這一成本差距正在迅速縮小論文。螞蟻團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是將全同態(tài)加密加速十萬倍，目前已實(shí)現(xiàn)3000倍的提升。“可能很快，我覺得一年之后，希望能到十萬倍，我們?cè)趹?yīng)用側(cè)就可以有比較大的進(jìn)展。”閆守孟表示。
隨著數(shù)據(jù)要素市場的建設(shè)，全同態(tài)加密等隱私計(jì)算技術(shù)將在數(shù)據(jù)流通中發(fā)揮關(guān)鍵作用論文。國家數(shù)據(jù)局成立后，數(shù)據(jù)要素流通被提上日程，但面臨“不敢”和“不愿”的問題——數(shù)據(jù)提供方擔(dān)心隱私泄露和違規(guī)風(fēng)險(xiǎn)，也擔(dān)心數(shù)據(jù)被復(fù)制轉(zhuǎn)賣導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)價(jià)值被稀釋。
“未來的數(shù)據(jù)流通一定不會(huì)是明文，而是密態(tài)的論文?！遍Z守孟表示。這也是螞蟻投入研發(fā)包括全同態(tài)加密技術(shù)在內(nèi)的密態(tài)計(jì)算技術(shù)體系的重要原因之一，這將為數(shù)據(jù)密態(tài)流通提供了可行的技術(shù)路徑，有望破解數(shù)據(jù)要素市場發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。
