Perlindungan data menjadi aspek yang semakin krusial di era komputasi modern. Berbagai sistem saat ini sudah mampu menjaga keamanan informasi ketika disimpan di media penyimpanan, dikirim melalui jaringan, atau bahkan saat berada di memori utama. Namun, masalah besar masih muncul ketika data tersebut diproses oleh prosesor. Pada tahap ini, informasi biasanya harus didekripsi terlebih dahulu sehingga tampil sebagai teks biasa di dalam sistem, kondisi yang membuka peluang bagi berbagai jenis serangan.
Untuk mengatasi kelemahan tersebut, Intel mengembangkan sebuah prosesor khusus yang mampu memproses data yang tetap berada dalam keadaan terenkripsi. Teknologi ini diperkenalkan melalui chip bernama Heracles yang dirancang untuk menjalankan komputasi menggunakan metode fully homomorphic encryption atau FHE.
FHE memungkinkan sistem melakukan berbagai perhitungan langsung pada data terenkripsi tanpa perlu membukanya terlebih dahulu. Hasil perhitungan yang dihasilkan juga tetap dalam bentuk terenkripsi. Dengan pendekatan ini, informasi sensitif tidak pernah muncul sebagai data mentah di dalam prosesor, sehingga risiko serangan seperti side-channel attack, penyadapan memori, atau akses tidak sah dari hypervisor dapat ditekan secara signifikan.
Intel pertama kali mendemonstrasikan akselerator Heracles dalam ajang International Solid-State Circuits Conference yang digelar baru-baru ini. Chip ini bukanlah prosesor x86 seperti yang digunakan pada komputer atau server pada umumnya. Heracles tidak dirancang untuk menjalankan sistem operasi atau aplikasi biasa. Seluruh arsitekturnya difokuskan untuk mempercepat perhitungan matematis kompleks yang digunakan dalam enkripsi FHE.
Menurut Intel, kinerja chip ini menunjukkan peningkatan yang sangat besar dibandingkan prosesor server konvensional. Dalam serangkaian operasi matematis yang umum digunakan pada beban kerja FHE, Heracles mampu bekerja sekitar 1.074 hingga 5.547 kali lebih cepat dibandingkan prosesor server 24-core Intel Xeon W7-3455 Sapphire Rapids.
Perbedaan kinerja yang sangat besar ini muncul karena desain arsitektur yang sangat berbeda dari CPU atau GPU tradisional. Perhitungan pada sistem enkripsi homomorfik melibatkan bilangan berukuran sangat besar, operasi polinomial intensif, serta transformasi data yang kompleks. Tugas semacam ini sering kali menjadi beban berat bagi prosesor umum.
Untuk mengatasinya, Intel merancang Heracles dengan mesin komputasi SIMD berukuran besar yang mampu menjalankan ribuan operasi secara paralel. Chip ini memiliki mesin komputasi 8.192 jalur paralel yang disusun dalam jaringan 8×8 mesh yang terdiri dari puluhan unit komputasi kecil. Setiap unit dilengkapi kemampuan aritmatika khusus seperti penjumlahan modular, perkalian modular, serta operasi transformasi yang penting dalam algoritma kriptografi.
Salah satu komponen penting dalam komputasi terenkripsi adalah number theoretic transform atau NTT. Proses ini memungkinkan manipulasi data terenkripsi secara efisien, tetapi membutuhkan koordinasi data yang kompleks dan bandwidth memori yang sangat tinggi.
Untuk mendukung kebutuhan tersebut, Heracles dilengkapi memori HBM3 berkapasitas 48 GB yang disusun dalam dua stack. Teknologi ini memungkinkan bandwidth internal mencapai tingkat terabit per detik. Selain itu, chip ini juga memiliki memori scratchpad internal sebesar 64 MB yang digunakan untuk menyimpan data sementara dekat dengan unit komputasi agar proses perhitungan berjalan lebih cepat.
Pada performa puncaknya, akselerator ini mampu mencapai sekitar 29,5 triliun operasi per detik untuk komputasi butterfly yang digunakan dalam transformasi matematika, serta hampir 10 triliun operasi per detik untuk aritmatika modular. Chip ini juga mendukung berbagai skema FHE populer seperti BGV, BFV, dan CKKS yang sering digunakan dalam riset kriptografi modern.
Secara fisik, Heracles beroperasi pada frekuensi 1,2 GHz dengan ukuran die sekitar 197 mm persegi. Konsumsi dayanya berada di kisaran 176 watt dan diproduksi menggunakan proses manufaktur Intel 3. Saat ini perangkat tersebut hadir sebagai kartu akselerator PCIe yang dipasang pada server standar dan menggunakan sistem pendingin cair untuk menjaga suhu tetap stabil.
Pengembangan teknologi ini dapat membuka peluang besar bagi berbagai sektor yang membutuhkan pemrosesan data sensitif secara aman. Industri kesehatan, keuangan, komputasi awan, hingga analitik data skala besar berpotensi memanfaatkan teknologi komputasi terenkripsi tanpa harus mengorbankan performa.
Jika teknologi semacam ini dapat diadopsi secara luas, cara sistem komputasi menangani data rahasia kemungkinan akan berubah secara signifikan. Proses analisis data yang sebelumnya berisiko membuka informasi sensitif dapat dilakukan dengan tingkat keamanan yang jauh lebih tinggi.