Privacy and security challenges in Machine Learning (ML) have become increasingly severe, along with ML's pervasive development and the recent demonstration of large attack surfaces. As a mature system-oriented approach, Confidential Computing has been utilized in both academia and industry to mitigate privacy and security issues in various ML scenarios. In this paper, the conjunction between ML and Confidential Computing is investigated. We systematize the prior work on Confidential Computing-assisted ML techniques that provide i) confidentiality guarantees and ii) integrity assurances, and discuss their advanced features and drawbacks. Key challenges are further identified, and we provide dedicated analyses of the limitations in existing Trusted Execution Environment (TEE) systems for ML use cases. Finally, prospective works are discussed, including grounded privacy definitions for closed-loop protection, partitioned executions of efficient ML, dedicated TEE-assisted designs for ML, TEE-aware ML, and ML full pipeline guarantees. By providing these potential solutions in our systematization of knowledge, we aim at building the bridge to help achieve a much strong TEE-enabled ML for privacy guarantees without introducing computation and system costs.


翻译:随着机器学习(ML)的普及和大攻击面的展示,ML中的隐私和安全挑战变得越来越严峻。作为一种成熟的系统级方法,机密计算已经在学术界和工业界中被应用于缓解各种ML场景中的隐私和安全问题。本文研究了ML和机密计算之间的结合。我们系统化了机密计算辅助下提供i)机密保证和ii)完整性保证的ML技术的前期工作,并讨论了它们的高级功能和缺点。进一步确定了关键挑战,并提供关于现有可信执行环境(TEE)系统在ML用例中的局限性的专门分析。最后讨论了可能的工作,包括针对封闭循环保护的基础隐私定义、高效ML的分区执行、专门的TEE辅助的ML设计、TEE-aware ML和ML全流程保证。通过在我们的知识体系中提供这些潜在的解决方案,我们旨在建立桥梁,帮助实现一个更加强大的TEE-enabled ML,以实现隐私保证而不引入计算和系统成本。

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