In this work, we provide an industry research view for approaching the design, deployment, and operation of trustworthy Artificial Intelligence (AI) inference systems. Such systems provide customers with timely, informed, and customized inferences to aid their decision, while at the same time utilizing appropriate security protection mechanisms for AI models. Additionally, such systems should also use Privacy-Enhancing Technologies (PETs) to protect customers' data at any time.To approach the subject, we start by introducing trends in AI inference systems. We continue by elaborating on the relationship between Intellectual Property (IP) and private data protection in such systems. Regarding the protection mechanisms, we survey the security and privacy building blocks instrumental in designing, building, deploying, and operating private AI inference systems. For example, we highlight opportunities and challenges in AI systems using trusted execution environments combined with more recent advances in cryptographic techniques to protect data in use. Finally, we outline areas of further development that require the global collective attention of industry, academia, and government researchers to sustain the operation of trustworthy AI inference systems.

ZusammenfassungMaschinelle Lernverfahren finden seit einigen Jahren in immer mehr Bereichen vielfältige Anwendung, wodurch die Relevanz der dabei verwendeten Techniken deutlich wird. Unter dem Begriff des maschinellen Lernens (ML, oft auch „künstliche Intelligenz“) existieren zahlreiche Algorithmen, die unterschiedliche Komplexität und verschiedene Eigenschaften mit sich bringen. Für das Training dieser Algorithmen sind meist große Mengen an Daten notwendig. Insbesondere bei der Verwendung von personenbezogenen Daten stellen sich hierbei Fragen rund um den Datenschutz und die Privatsphäre von Betroffenen.Dies ist der erste Teil eines zweiteiligen Artikels zum Thema privatsphärefreundliches ML. Dieser erste Teil bietet einen leicht verständlichen Einstieg in das Thema des ML und geht dabei auf die wichtigsten Grundbegriffe ein. Außerdem werden einige der meistverwendeten ML-Verfahren, wie Entscheidungsbäume und neuronale Netze, vorgestellt. Im zweiten Teil, der in der kommenden Ausgabe des Informatik Spektrums erscheint, werden Privatsphäreangriffe und datenschutzfördernde Maßnahmen im Kontext von ML behandelt.

ZusammenfassungVerfahren des maschinellen Lernens (ML) beruhen auf dem Prinzip, dass ein Algorithmus Muster und statistische Zusammenhänge in Datensätzen erkennt, diese in einem Modell abbildet und das Modell anschließend auf andere Datensätze anwenden kann. Neben den großen Chancen, die maschinelle Lernverfahren mit sich bringen, birgt diese Technologie allerdings auch Risiken für die Privatsphäre, die in diesem Artikel in Form von Privatsphäreangriffen beleuchtet werden.Angriffe wie Model Inversion zielen auf oftmals sensible Informationen ab, die sich während der Trainingsphase eines ML-Algorithmus ungewollt in einem Modell etabliert haben. Wenn Trainingsdaten Personenbezug aufweisen, insbesondere wenn es sich etwa um vertrauliche medizinische Daten handelt, kann dies problematisch für Betroffene sein.Demgegenüber stehen Techniken des privatsphärefreundlichen maschinellen Lernens wie Federated Learning, die eine Risikominimierung für ein breites Spektrum an Privatsphäreverletzungen ermöglichen. Ausgewählte Techniken aus diesem Bereich werden in diesem Artikel ausführlich dargestellt.Dies ist der zweite Teil einer zweiteiligen Artikelserie, deren Auftakt unter dem Titel Grundlagen und Verfahren bereits in der letzten Ausgabe des Informatik Spektrums erschienen ist.

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