Approximate nearest neighbor (ANN) search in AI systems increasingly handles sensitive data on third-party infrastructure. Trusted execution environments (TEEs) offer protection, but cost-efficient deployments must rely on external SSDs, which leaks user queries through disk access patterns to the host. Oblivious RAM (ORAM) can hide these access patterns but at a high cost; when paired with existing disk-based ANN search techniques, it makes poor use of SSD resources, yielding high latency and poor cost-efficiency. The core challenge for efficient oblivious ANN search over SSDs is balancing both bandwidth and access count. The state-of-the-art ORAM-ANN design minimizes access count at the ANN level and bandwidth at the ORAM level, each trading-off the other, leaving the combined system with both resources overutilized. We propose inverting this design, minimizing bandwidth consumption in the ANN layer and access count in the ORAM layer, since each component is better suited for its new role: ANN's inherent approximation allows for more bandwidth efficiency, while ORAM has no fundamental lower bounds on access count (as opposed to bandwidth). To this end, we propose a cost-efficient approach, Onyx, with two new co-designed components: Onyx-ANNS introduces a compact intermediate representation that proactively prunes the majority of bandwidth-intensive accesses without hurting recall, and Onyx-ORAM proposes a locality-aware shallow tree design that reduces access count while remaining compatible with bandwidth-efficient ORAM techniques. Compared to the state-of-the-art oblivious ANN search system, Onyx achieves $1.7-9.9\times$ lower cost and $2.3-12.3\times$ lower latency.


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人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN ),是20世纪80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象, 建立某种简单模型,按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型,由大量的节点(或称神经元)之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数,称为激励函数(activation function)。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值,称之为权重,这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式,权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近,也可能是对一种逻辑策略的表达。 最近十多年来,人工神经网络的研究工作不断深入,已经取得了很大的进展,其在模式识别、智能机器人、自动控制、预测估计、生物、医学、经济等领域已成功地解决了许多现代计算机难以解决的实际问题,表现出了良好的智能特性。
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