2023-12-06-中国移动研究院-PHYSec安全加密技术及在智算中心的应用_20页_6mb

报告摘要

随着网络攻击的日益频繁，数据安全在智算中心中的重要性不断提升。为应对这一挑战，中国移动研究院提出了PHYSec技术方案，旨在通过以太网物理层实现低开销、低时延、易配置和易部署的数据安全机制。

攻击频发：每天超过1亿次网络攻击，每秒超1000次。
数据安全挑战：用户数据在上传、训练、下载过程中存在泄露和窃听风险。
场景分类：
- 入算网络：关注用户访问及数据安全，需高安全、低开销。
- 算内网络：关注AI模型架构与参数安全，需低时延、高吞吐、低开销安全，不占用算力。
- 算间网络：关注数据与协议安全，需高安全、高吞吐、低开销。

CLOS组网：满足智算中心的高转发需求，具有通用性优势。
通讯方案：采用ALL-TO-ALL通讯，典型方案为Mixture of Experts (MoE)。
端到端加密方案：
- TLS/RDMASec/IPSec：在应用层或传输层实现，但需服务器和交换机硬件升级，带来高带宽开销和时延。
- MACSec：在链路层实现，管控复杂度低，但时延增加32%。
性能指标对比：
- 加密层级：TLS/RDMASec/IPSec为应用层/传输层，MACSec为链路层，PHYSec为物理层。
- 加密开销：TLS/RDMASec增加36%，MACSec增加30%，PHYSec接近0。
- 加密时延：TLS/RDMASec增加35%，MACSec增加32%，PHYSec增加几十ns。
- 加密配置：TLS/RDMASec复杂（O(N²)），MACSec和PHYSec简单（O(N)）。
- 加载难度：TLS/IPSec需服务器升级，MACSec需服务器和交换机升级，PHYSec只需更换光模块。

加密层级：在以太网物理层实现，探索“更底层的加解密技术”。
实现方式：
- L1.5层：在PHY芯片内实现加解密，基于64B/66B码块和virtual lane。
- L1层：在光模块内实现加解密，基于比特流。
兼容性：
- 兼容IEEE 802.3以太物理层标准，不影响标准功能与协议。
- 关闭PHYSec时，恢复原以太网物理层功能。
- 开启PHYSec时，不影响PCS或PMA层，保持接口一致性。
互通性：
- 同一层方案需技术与协议一致，支持通道和链路不同层次的技术。
- 协议承载方案应尽量不占用用户带宽。
一致性：
- 原则上采用一套解决方案和协议。
- 协议承载方式可根据PHY逻辑子层需求变化，但需遵循兼容性和互通性要求。

目标：在以太网物理层实现低开销、低时延、易配置、易部署的数据安全方案。
优势：
- 低时延：PHYSec时延增加几十ns，基本不影响算效。
- 低成本：仅需更换光模块，无需升级服务器或交换机硬件。
- 易部署：配置简单，O(N)复杂度。
挑战：
- 需在新层次定义加密解密对象，定义帧结构和协议。
- 需确保加解密协议参数的可靠传递，避免错误。
- 需实现接近0的低开销，尽量不占用用户带宽。
- 需实现ns级时延，满足智算中心的高性能需求。