As power consumption from AI training and inference continues to increase, AI accelerators are being integrated directly into the CPU. Intel's Advanced Matrix Extensions (AMX) is one such example, debuting on the 4th generation Intel Xeon Scalable CPU. We discover a timing side and covert channel, GATEBLEED, caused by the aggressive power gating utilized to keep the CPU within operating limits. We show that the GATEBLEED side channel is a threat to AI privacy as many ML models such as transformers and CNNs make critical computationally-heavy decisions based on private values like confidence thresholds and routing logits. Timing delays from selective powering down of AMX components mean that each matrix multiplication is a potential leakage point when executed on the AMX accelerator. Our research identifies over a dozen potential gadgets across popular ML libraries (HuggingFace, PyTorch, TensorFlow, etc.), revealing that they can leak sensitive and private information. GATEBLEED poses a risk for local and remote timing inference, even under previous protective measures. GATEBLEED can be used as a high performance, stealthy remote covert channel and a generic magnifier for timing transmission channels, capable of bypassing traditional cache defenses to leak arbitrary memory addresses and evading state of the art microarchitectural attack detectors under realistic network conditions and system configurations in which previous attacks fail. We implement an end-to-end microarchitectural inference attack on a transformer model optimized with Intel AMX, achieving a membership inference accuracy of 81% and a precision of 0.89. In a CNN-based or transformer-based mixture-of-experts model optimized with Intel AMX, we leak expert choice with 100% accuracy. To our knowledge, this is the first side-channel attack on AI privacy that exploits hardware optimizations.


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人工智能杂志AI(Artificial Intelligence)是目前公认的发表该领域最新研究成果的主要国际论坛。该期刊欢迎有关AI广泛方面的论文,这些论文构成了整个领域的进步,也欢迎介绍人工智能应用的论文,但重点应该放在新的和新颖的人工智能方法如何提高应用领域的性能,而不是介绍传统人工智能方法的另一个应用。关于应用的论文应该描述一个原则性的解决方案,强调其新颖性,并对正在开发的人工智能技术进行深入的评估。 官网地址:http://dblp.uni-trier.de/db/journals/ai/
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