專家觀點 | 王彥博：光子隱私計算：光子金融科技的新方向

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2023年12月20日，華夏銀行信息科技部副總經理、龍盈智達（北京）科技有限公司首席數據科學家王彥博出席2023中關村論壇系列活動——第11屆數字金融大會，並發表主題爲《光子隱私計算：光子金融科技的新方向》的演講。他指出，在數字經濟時代背景下，隨着各行各業數字化轉型發展的不斷深化，基於電子計算的經典算力體系將逐漸面臨挑戰，開闢光子計算新路徑，已成爲提高計算效率、降低計算功耗的重要選項。對於金融行業而言，光子計算可能帶來的效能優勢天然與金融行業的需求相匹配，光子金融科技新領域應運而生。

華夏銀行創新提出“光子金融科技”方向及“4C框架”方法論體系，包括：光子通信（Optical Communication）、光子計算（Optical Computation）、光子數據轉化（Optical Conversion of Data）和光子密碼學（Optical Cryptography），支持將光子科技批量化引入金融科技。其中，在光子密碼學中光子隱私計算方面已經取得初步研究進展——面向聯合風控場景，可以使用光子計算對CKKS同態加密算法中的Hadamard積運算進行加速，使Hadamard積運算效率提升約32倍；基於光子計算改進的CKKS算法較經典的Paillier同態加密算法在運算效率方面可提升約200倍。下一步，華夏銀行將會繼續與合作伙伴一同探索光子計算對CKKS算法中的取模運算以及對其它同態加密和密碼學算法進行加速，同時加強光子金融科技人才培養。

華夏銀行信息科技部副總經理、龍盈智達（北京）科技有限公司首席數據科學家 王彥博

*發言內容 （以下內容根據現場速記整理）

尊敬各位領導、各位專家、嘉賓朋友們，大家好！今天給大家分享的主題是：《光子隱私計算：光子金融科技新方向》。同時，也借數字金融大會“番鈦客”這個平臺，向大家彙報一下我們在過去一段時間裡做的一些工作。

我將從以下四個方面進行介紹：

首先是商業銀行呼喚光子科技。

隨着大模型技術的橫空出世，其底層的算力問題受到社會各界高度關注。當前基於電子計算的經典算力體系將面臨壓力和挑戰，開闢光子計算新路徑，已成爲提高計算效率、降低計算功耗的重要選項。

商業銀行呼喚光子科技主要面向以下三個方向：一是網絡通信，二是信息計算，三是密碼學應用，它們都需要光子科技賦能，形成光子金融科技新興領域。

第二是光子金融科技方法論體系。

華夏銀行提出了光子金融科技（Optical FinTech）和“4C框架”方法論體系，包括：光子通信（Optical Communication）、光子計算（Optical Computation）、光子數據轉化（Optical Conversion of Data）和光子密碼學（Optical Cryptography），支持將光子科技批量化引入金融科技。此外，“4C框架”還可以進一步擴展到“6C”甚至更多，涵蓋光子云（Optical Cloud）及光子數據存儲（Optical Collection of Data）。在光子通信、光子計算和光子數據轉化方面，我們的成果已經在《銀行家》期刊上予以發表。

第三是光子隱私計算應用研究。

給大家彙報一下近期我們和合作夥伴圖靈智算一起在光子隱私計算上的新成果。隱私計算大家都比較瞭解，可以簡單分爲三個方向：多方安全計算、聯邦學習和可信執行環境。在隱私計算所涉及的技術門類中，同態加密是一項重要技術，它是一種在密文上做運算再解密與直接在明文上做運算保持結果一致的密碼學技術。早在1977年，RSA這種非對稱加密算法就已經被提出，它同時也是一種乘法同態加密算法。1999年，Paillier算法被提出，可以做加法同態加密，但業界普遍認爲，Paillier同態加密算法工作效率相對較低。通過我們在相關場景上進行測算，Paillier運算效率比明文慢約200萬倍。當然，如果應用場景不要求精確計算，基於近似計算的一些同態加密算法，比如CKKS算法可以很好地發揮優勢。我們要考慮的就是相關算法底層原理架構是否可以使用光子計算來加速。

我們將加法同態加密運用於聯合風控中的聯合徵信場景，比如客戶已經在兩家金融機構有過資產類的業務，其中一家授信一千萬元左右，另一家授信六千萬元左右，第三家金融機構希望瞭解客戶在其他金融機構的授信總額，但不需要知道各家分別的授信額度。這樣在對數據進行保護的前提下，第三家金融機構可以有效防範多頭借貸和過度授信的問題。

傳統的全同態加密CKKS方法主要包括四個步驟：編碼過程、密鑰生成過程、加密過程和解密過程。在密鑰生成方面涉及到多項式環上的乘法運算，其過程包含Hadamard積運算和取模運算，同時加密過程和解密過程也需要這樣的運算。我們使用光子芯片對Hadamard積運算進行加速。

從實證角度來看，將基於光子計算改進的CKKS技術運用於剛剛舉的例子中，兩家金融機構授信額度總和的近似值爲8.03千萬元，而實際值應該是8.037千萬元，誤差僅爲0.087%，這樣一個誤差對於我們的業務場景來說是可以滿足基本應用需求的。在效率方面，光子計算可以將CKKS中的Hadamard積運算提升約32倍。

因此，當我們需要用Paillier同態加密做加法運算時，根據我們的場景測算，該技術比直接進行明文計算慢約200萬倍，如果密文運算需要10分鐘，這個時間在很多場景上是難以接受的。然而在同樣的場景上，若使用基於光子計算改進的CKKS技術，總體來講這個運算時間可以縮短約200倍，也就是說大約需要3秒鐘就可以完成了。

今天借數字金融大會“番鈦客”這個平臺向大家彙報，光子隱私計算這個新方向是可行的。後續，我們還會繼續與合作伙伴一同探索光子計算對CKKS算法中的取模運算以及對其它同態加密和密碼學算法進行加速，積極探索新的技術方案。

最後是光子金融科技前景廣闊。

近年來，光子科技作爲一項前沿科學技術，正蓬勃發展並逐步走向成熟。當前在金融領域落地實踐光子科技恰逢其時。在這樣一個背景下，培養一批光子金融科技人才非常重要。

以上是我今天的彙報，謝謝大家！