Simple Science

Hochmoderne Wissenschaft einfach erklärt

# Computerwissenschaften# Kryptographie und Sicherheit# Verteiltes, paralleles und Cluster-Computing

Ein neuer Ansatz für Datenschutz in LLMs

Entdecke, wie ein neues System den Datenschutz und die Verarbeitungsgeschwindigkeit für LLMs verbessert.

― 7 min Lesedauer


Die Revolution derDie Revolution derDatensicherheit für LLMsSprachmodellen.Privatsphäre und Leistung inEin neues System verbessert die
Inhaltsverzeichnis

In der heutigen technologiegetriebenen Welt reden alle über grosse Sprachmodelle (LLMs). Diese Modelle können Text nehmen, ihn verstehen und neuen Text zurückgeben. Denk dran, wie superintelligente Chatbots, die Geschichten schreiben, Fragen beantworten und sogar bei Schulprojekten helfen können. Aber da gibt's einen Haken: Wenn Unternehmen diese Modelle in der Cloud nutzen, können ernsthafte Sicherheitsprobleme auftreten, besonders wenn es um sensible Daten geht. Lass uns das mal aufdröseln.

Was ist das Problem?

Wenn Firmen ihre Daten in die Cloud schicken, besteht die Gefahr, dass jemand, der das nicht sehen sollte, einen Blick darauf erhascht. Das ist besonders besorgniserregend für Unternehmen, die mit privaten Informationen umgehen. Um die Daten sicher zu halten, haben ein paar schlaue Köpfe eine Möglichkeit gefunden, die Dinge privat zu halten, während sie Cloud-Dienste nutzen. Hier kommt das vertrauliche Computing ins Spiel, und das hat ein paar coole Tricks auf Lager.

Die Kosten der Privatsphäre

Leider kann Vertrauliches Computing zwar die Daten gut schützen, aber es kann die Dinge enorm verlangsamen. Stell dir vor, du bist auf einer Autobahn, aber jedes Mal, wenn du durch eine Mautstelle musst, wird der Verkehr unglaublich langsam. So läuft es auch mit LLMs, wenn sie in der Cloud mit starker Sicherheit geschickt werden. Die Geschwindigkeit kann um bis zu 88 % sinken, was für Nutzer und Unternehmen frustrierend ist.

Der Held tritt auf: Ein neues System

Um dieses Problem zu lösen, wurde ein neues System entwickelt, das die Dinge privat hält, ohne den Prozess zu verlangsamen. Dieses System überlappt zwei Aufgaben: den Datenschutz und die Berechnung. Das bedeutet, dass das eine passieren kann, während das andere noch läuft, genau wie du Musik hören kannst, während du arbeitest. Das Ziel ist es, die Verlangsamung durch Verschlüsselung zu verstecken, sodass alles reibungslos läuft.

Vorhersagen, was geschützt werden muss

Eine der grössten Herausforderungen dieses neuen Systems ist herauszufinden, welche Daten geschützt werden müssen und wann. Es ist so, als würde man versuchen zu erraten, was jemand im Restaurant bestellen wird, bevor er sich überhaupt die Karte angeschaut hat! Die Lösung? Indem man beobachtet, wie die LLMs normalerweise arbeiten, kann das System vorhersagen, welche Daten Schutz brauchen, bevor sie überhaupt angefordert werden.

Kosten niedrig halten

Das neue System verlässt sich nicht nur auf Vorhersagen; es hat auch einen Notfallplan, falls mal etwas schiefgeht. Wenn das System falsch rät, welche Daten geschützt werden müssen, gibt es einen kostengünstigen Weg, das Problem zu beheben. Das sorgt dafür, dass alles weiterläuft und der Prozess effizient bleibt.

Die Probe aufs Exempel

Tests haben gezeigt, dass dieses neue System nur eine kleine Menge an Zeit – etwa 19,6 % – zum Gesamtservice hinzufügt, was eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu Systemen ohne diesen Schutz darstellt. Es ist, als hätte man eine zweite Portion Dessert, die sich nicht wie eine Belastung anfühlt!

Der wachsende Bedarf an LLMs

Während Unternehmen LLMs für verschiedene Aufgaben einsetzen wollen, steigen die Einsätze immer weiter. Diese Modelle werden immer üblicher in der Unternehmensführung. Aber weil sie auf leistungsstarke Grafikprozessoren (GPUs) angewiesen sind, die teuer sein können, nutzen viele Unternehmen Cloud-Dienste, um darauf zuzugreifen.

Die Probleme mit Cloud-Diensten

Cloud-Dienste sind attraktiv, weil sie eine Menge Informationen verarbeiten können und Unternehmen nicht viel Geld für Hardware ausgeben müssen. Allerdings können sie auch Risiken mit sich bringen. Wenn Hacker Zugriff auf die Cloud bekommen, könnten sie Modelle und Nutzeranfragen einsehen und so sensible Daten offenlegen. Das ist nicht gut!

Die Rolle des vertraulichen Computings

Um diesen Risiken entgegenzuwirken, hilft vertrauliches Computing, indem es Daten in einer sicheren Umgebung abschottet. Das bedeutet, dass externer Zugriff verweigert wird und nur vertrauenswürdige Software hereingelassen wird. Denk dran, wie wenn du deine Wertsachen in einem Safe aufbewahrst, den nur du öffnen kannst. Die Technologie ist wie ein Superheld für Daten und bietet zusätzlichen Schutz.

GPUs kommen ins Spiel

Während vertrauliches Computing hilft, Daten zu schützen, kann die Nutzung mit LLMs die Dinge verlangsamen. Das liegt daran, dass starke Sicherheitschecks normalerweise eine Menge Hintergrundarbeit erfordern. Zum Beispiel kann ein Modell wie OPT-30B, das mit diesen Schutzmassnahmen verwendet wird, erheblich verlangsamt werden. Aber mit dem neuen System kann die Leistung aufrechterhalten werden, während sichergestellt wird, dass alles sicher bleibt.

Die Mechanik des Datenschutzes

Das neue System nutzt etwas, das man spekulative, pipelined Verschlüsselung nennt. Dieser schicke Begriff bedeutet, dass es die Schritte zum Schutz und zur Verarbeitung von Daten überlappen kann, genau wie du im Alltag ein bisschen multitasken kannst.

Der Bedarf nach Geschwindigkeit

Kurz gesagt, das Ziel ist es, die Verschlüsselung in den Hintergrund zu bringen, sodass sie die Hauptprozesse nicht aufhält. Der Nebeneffekt? Es macht das System effizienter!

Die Herausforderungen beim Vorhersagen

Vorhersagen, welche Daten benötigt werden, ist kein einfaches Unterfangen. Es erfordert ein Verständnis dafür, wie LLMs funktionieren und was sie normalerweise anfragen. Glücklicherweise kann das System durch das Betrachten vergangener Muster lernen, wie es smartere Vorhersagen über zukünftige Anfragen treffen kann.

Umgang mit Fehlern

Allerdings können Fehler passieren. Wenn die Vorhersage danebenliegt, ist das System so eingerichtet, dass es diese Fehler elegant handhabt. Das beinhaltet, die Daten zu überprüfen, bevor sie an die GPU geschickt werden, und einen Plan zu haben, wenn die Dinge nicht wie erwartet laufen.

Ein genauerer Blick auf den Prozess

Das System besteht aus verschiedenen Teilen, die zusammenarbeiten. Der erste Teil ist der Predictor, der fundierte Vermutungen darüber anstellt, welche Daten benötigt werden. Dann gibt's den Validator, der überprüft, ob alles korrekt ist, bevor es rausgeht. Schliesslich gibt's noch einen Fehlerbehandler, der aufräumt, falls mal was schiefgeht!

Wie das neue System herausragt

Indem es eine klare Trennung zwischen Datenverarbeitung und Verschlüsselung schafft, ermöglicht dieses neue System, dass alles schneller abläuft. Das System balanciert nicht nur Geschwindigkeit und Sicherheit, sondern sorgt dafür, dass beides harmonisch läuft.

Ein freundlicher Wettstreit der Systeme

Dieser neue Dienst wurde gegen andere getestet, die kein vertrauliches Computing haben. Die Leistung des neuen Systems zeigte beeindruckende Verbesserungen mit schnelleren Datenverarbeitung und weniger Zeitverschwendung insgesamt.

Bereit für die Zukunft

Während Unternehmen immer mehr LLMs implementieren wollen, wird der Bedarf an effizienter und sicherer Verarbeitung entscheidend sein. Der Trend zeigt, dass die Zukunft in smarten Systemen liegt, die vorhersagen können, was benötigt wird, während sie alles sicher halten. Diese Innovation wird LLMs noch benutzerfreundlicher machen und allen langfristig zugute kommen.

Abschliessende Gedanken

Mit diesem neuen System bahnt sich die Welt der LLMs den Weg für eine sicherere und effizientere Zukunft. Niemand möchte mit Sicherheitsproblemen zu tun haben, die den Fortschritt verlangsamen. Mit diesen Verbesserungen ist es nur eine Frage der Zeit, bis LLMs ein Standardwerkzeug in verschiedenen Unternehmen werden und die Produktivität steigern, während sie sensible Informationen schützen.

Smarte Technologie annehmen

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kombination aus benutzerfreundlichem Ansatz, soliden Vorhersagen und niedrigen Kosten dieses System zu einem vielversprechenden Fortschritt im Bereich der LLMs und des vertraulichen Computings macht. Also schnall dich an und mach dich bereit für eine Reise in eine sicherere digitale Zukunft!

Originalquelle

Titel: PipeLLM: Fast and Confidential Large Language Model Services with Speculative Pipelined Encryption

Zusammenfassung: Confidential computing on GPUs, like NVIDIA H100, mitigates the security risks of outsourced Large Language Models (LLMs) by implementing strong isolation and data encryption. Nonetheless, this encryption incurs a significant performance overhead, reaching up to 52.8 percent and 88.2 percent throughput drop when serving OPT-30B and OPT-66B, respectively. To address this challenge, we introduce PipeLLM, a user-transparent runtime system. PipeLLM removes the overhead by overlapping the encryption and GPU computation through pipelining - an idea inspired by the CPU instruction pipelining - thereby effectively concealing the latency increase caused by encryption. The primary technical challenge is that, unlike CPUs, the encryption module lacks prior knowledge of the specific data needing encryption until it is requested by the GPUs. To this end, we propose speculative pipelined encryption to predict the data requiring encryption by analyzing the serving patterns of LLMs. Further, we have developed an efficient, low-cost pipeline relinquishing approach for instances of incorrect predictions. Our experiments on NVIDIA H100 GPU show that compared with vanilla systems without confidential computing (e.g., vLLM, PEFT, and FlexGen), PipeLLM incurs modest overhead (less than 19.6 percent in throughput) across various LLM sizes, from 13B to 175B.

Autoren: Yifan Tan, Cheng Tan, Zeyu Mi, Haibo Chen

Letzte Aktualisierung: 2024-11-04 00:00:00

Sprache: English

Quell-URL: https://arxiv.org/abs/2411.03357

Quell-PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.03357

Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Änderungen: Diese Zusammenfassung wurde mit Unterstützung von AI erstellt und kann Ungenauigkeiten enthalten. Genaue Informationen entnehmen Sie bitte den hier verlinkten Originaldokumenten.

Vielen Dank an arxiv für die Nutzung seiner Open-Access-Interoperabilität.

Mehr von den Autoren

Ähnliche Artikel