ASIC-RAG: Sistema de Recuperación Aumentada con Índice Criptográfico en Hardware
ASIC-RAG: Sistema de Recuperación Aumentada con Índice Criptográfico en Hardware
Concepto Fundamental
Un sistema híbrido donde:
- LLM: Procesa lenguaje natural (PC/GPU)
- ASIC SHA-256: Gestiona índice criptográfico y búsqueda (hardware dedicado)
- Disco: Almacena bloques de datos encriptados
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ ARQUITECTURA ASIC-RAG │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐ ┌──────────────┐ │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ │ Usuario │◄───────►│ LLM (GPU) │◄───────►│ ASIC │ │
│ │ │ texto │ │ tags │ SHA-256 │ │
│ └─────────────┘ └─────────────────┘ └──────┬───────┘ │
│ ▲ │ │
│ │ datos │ búsqueda │
│ │ descifrados │ por hash │
│ ▼ ▼ │
│ ┌─────────────────────────────────────┐ │
│ │ │ │
│ │ DISCO DURO - BLOQUES CIFRADOS │ │
│ │ │ │
│ │ ┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ ┌─────┐ │ │
│ │ │ B1 │→│ B2 │→│ B3 │→│ B4 │ │ │
│ │ │hash1│ │hash2│ │hash3│ │hash4│ │ │
│ │ └─────┘ └─────┘ └─────┘ └─────┘ │ │
│ │ ↓ ↓ ↓ ↓ │ │
│ │ [datos] [datos] [datos] [datos] │ │
│ │ cifrado cifrado cifrado cifrado │ │
│ │ │ │
│ └─────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Estructura de Bloques de Conocimiento
Cada "bloque de conocimiento" en el disco contiene:
┌────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ BLOQUE DE CONOCIMIENTO │
├────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ HEADER (128 bytes) │
│ ┌──────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ hash_bloque: SHA256(header_anterior + contenido) │ │
│ │ hash_anterior: referencia al bloque previo │ │
│ │ timestamp: fecha de creación/modificación │ │
│ │ categoria: [finanzas|rrhh|legal|técnico|...] │ │
│ │ keywords_hash: SHA256(keywords concatenadas) │ │
│ │ embedding_hash: SHA256(embedding binarizado) │ │
│ │ nonce_acceso: contador de accesos (auditoría) │ │
│ └──────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ ÍNDICE DE TAGS (variable) │
│ ┌──────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ tag_1: SHA256("contrato") → offset_1 │ │
│ │ tag_2: SHA256("2024") → offset_2 │ │
│ │ tag_3: SHA256("cliente_X") → offset_3 │ │
│ │ tag_4: SHA256("confidencial") → offset_4 │ │
│ │ ... │ │
│ └──────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ PAYLOAD CIFRADO (variable) │
│ ┌──────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ AES-256-GCM( │ │
│ │ key = SHA256(master_key + hash_bloque), │ │
│ │ data = contenido_original │ │
│ │ ) │ │
│ └──────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Tabla de Índice Global (Gestionada por ASIC)
El ASIC mantiene en su memoria una tabla de hashes que mapea tags a bloques:
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ TABLA DE ÍNDICE EN ASIC │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ NIVEL 1: Categorías (Merkle Tree raíz) │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ ROOT_HASH │ │
│ │ │ │ │
│ │ ┌───────────────────┼───────────────────┐ │ │
│ │ ▼ ▼ ▼ │ │
│ │ [finanzas] [legal] [técnico] │ │
│ │ hash_f001 hash_l001 hash_t001 │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ NIVEL 2: Keywords dentro de cada categoría │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ [finanzas] │ │
│ │ │ │ │
│ │ ├── SHA256("balance") → [bloque_12, bloque_45, bloque_89] │ │
│ │ ├── SHA256("Q3_2024") → [bloque_45, bloque_46] │ │
│ │ ├── SHA256("presupuesto") → [bloque_23, bloque_67] │ │
│ │ └── SHA256("auditoría") → [bloque_12, bloque_90] │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ NIVEL 3: Referencias cruzadas (intersecciones) │
│ ┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ SHA256("balance" + "Q3_2024") → [bloque_45] (búsqueda AND) │ │
│ │ SHA256("legal" + "contrato") → [bloque_78, bloque_79] │ │
│ └─────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Flujo de Consulta Detallado
PASO 1: Usuario hace pregunta
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
Usuario: "¿Cuál fue el margen de beneficio del proyecto Alpha en Q3 2024?"
│
▼
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ LLM extrae keywords semánticas: │
│ - "margen beneficio" → concepto financiero │
│ - "proyecto Alpha" → entidad específica │
│ - "Q3 2024" → temporalidad │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
PASO 2: LLM genera query de tags para el ASIC
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
LLM → ASIC:
{
"operation": "SEARCH_AND",
"tags": [
"finanzas",
"margen",
"proyecto_alpha",
"Q3_2024"
],
"max_results": 5,
"relevance_threshold": 0.8
}
│
▼
PASO 3: ASIC procesa búsqueda (AQUÍ ES DONDE BRILLA)
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ ASIC ejecuta en paralelo (trillones de hashes/segundo): │
│ │
│ 1. Calcula hashes de tags: │
│ h1 = SHA256("finanzas") → 3a7f2b... │
│ h2 = SHA256("margen") → 8c4e1d... │
│ h3 = SHA256("proyecto_alpha") → f2a9b7... │
│ h4 = SHA256("Q3_2024") → 1d8c3e... │
│ │
│ 2. Busca en tabla de índice (operación nativa del ASIC): │
│ h1 ∩ h2 ∩ h3 ∩ h4 → [bloque_156, bloque_203] │
│ │
│ 3. Verifica integridad de bloques candidatos: │
│ SHA256(bloque_156.header) == stored_hash? ✓ │
│ SHA256(bloque_203.header) == stored_hash? ✓ │
│ │
│ 4. Genera claves de descifrado temporales: │
│ key_156 = SHA256(master_key + bloque_156.hash + session_nonce) │
│ key_203 = SHA256(master_key + bloque_203.hash + session_nonce) │
│ │
│ Tiempo total: ~microsegundos (vs milisegundos en CPU) │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
│
▼
PASO 4: ASIC retorna referencias + claves temporales
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
ASIC → LLM:
{
"results": [
{
"block_id": 156,
"disk_offset": 0x4A3F0000,
"temp_key": "a7b2c3d4e5f6...", // válida por 30 segundos
"relevance_score": 0.94,
"integrity_verified": true
},
{
"block_id": 203,
"disk_offset": 0x7B2E0000,
"temp_key": "f1e2d3c4b5a6...",
"relevance_score": 0.87,
"integrity_verified": true
}
],
"query_hash": "c4d5e6f7...", // para auditoría
"timestamp": 1701234567
}
│
▼
PASO 5: Sistema lee y descifra bloques
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ Controlador de disco: │
│ 1. Lee bytes en offset 0x4A3F0000 (bloque_156) │
│ 2. Lee bytes en offset 0x7B2E0000 (bloque_203) │
│ │
│ Descifrado (puede ser en GPU o CPU): │
│ contenido_156 = AES_decrypt(bloque_156.payload, temp_key_156) │
│ contenido_203 = AES_decrypt(bloque_203.payload, temp_key_203) │
│ │
│ Las claves temporales expiran automáticamente │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
│
▼
PASO 6: LLM genera respuesta con contexto
═══════════════════════════════════════════════════════════════════════════════
LLM recibe:
- Pregunta original del usuario
- Contenido descifrado de bloque_156: "Informe financiero Q3 2024..."
- Contenido descifrado de bloque_203: "Proyecto Alpha - Análisis de márgenes..."
LLM genera respuesta natural incorporando datos reales de la empresa.
Modelo de Seguridad
Capas de Protección
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ MODELO DE SEGURIDAD │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ CAPA 1: Cifrado en Reposo │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ • Todo el disco está cifrado │ │
│ │ • Cada bloque tiene su propia clave derivada │ │
│ │ • Sin el ASIC, los datos son ruido aleatorio │ │
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ CAPA 2: Índice Opaco │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ • Las etiquetas son hashes, no texto plano │ │
│ │ • Atacante no puede saber qué categorías existen │ │
│ │ • El mapeo tag→bloque solo existe en memoria del ASIC │ │
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ CAPA 3: Claves Temporales │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ • Las claves de descifrado expiran en segundos │ │
│ │ • Cada sesión genera claves únicas │ │
│ │ • Imposible replay de claves antiguas │ │
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ CAPA 4: Verificación de Integridad │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ • Merkle tree verifica que ningún bloque fue alterado │ │
│ │ • ASIC detecta inmediatamente cualquier modificación │ │
│ │ • Cadena de bloques previene inserción/eliminación │ │
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
│ CAPA 5: Auditoría Criptográfica │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ • Cada consulta genera un hash único │ │
│ │ • Log inmutable de quién accedió a qué │ │
│ │ • Cumplimiento normativo (GDPR, SOX, etc.) │ │
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Escenarios de Ataque Neutralizados
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ ATAQUE │ PROTECCIÓN │
├──────────────────────────────────┼──────────────────────────────────────────┤
│ Robo de disco duro │ Datos cifrados, claves en ASIC │
│ Robo de servidor completo │ ASIC tiene master_key en hardware │
│ Empleado malicioso │ Solo accede a bloques autorizados │
│ Inyección de datos falsos │ Merkle tree detecta alteración │
│ Interceptación de red │ Claves temporales ya expiraron │
│ Ingeniería inversa del índice │ Tags son hashes irreversibles │
│ LLM prompt injection │ No puede pedir "todos los datos" │
│ Fuerza bruta en contraseñas │ ASIC rate-limits intentos │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Ventajas sobre RAG Tradicional
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ RAG TRADICIONAL vs ASIC-RAG │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ ASPECTO │ RAG Tradicional │ ASIC-RAG │
│ ─────────────────────┼──────────────────────┼──────────────────────────────│
│ Seguridad datos │ Básica (permisos) │ Criptográfica (hardware) │
│ Velocidad búsqueda │ ms (software) │ µs (hardware paralelo) │
│ Integridad │ No verificada │ Merkle tree verificado │
│ Auditoría │ Logs software │ Hash criptográfico │
│ Cifrado │ Opcional/software │ Nativo/hardware │
│ Escalabilidad │ Limitada por CPU │ Limitada por I/O disco │
│ Costo energético │ Alto (CPU/GPU) │ Bajo (ASIC optimizado) │
│ Resistencia ataques │ Software bypass │ Hardware isolation │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Implementación Técnica Propuesta
Interfaz ASIC ↔ Host
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ CONEXIÓN FÍSICA: │
│ • USB 3.0 / PCIe (según modelo de ASIC) │
│ • Protocolo: cgminer modificado o custom driver │
│ │
│ COMANDOS BÁSICOS: │
│ ┌───────────────────────────────────────────────────────────────────────┐ │
│ │ │ │
│ │ INIT_INDEX(master_key_hash) │ │
│ │ → Inicializa el ASIC con la clave maestra │ │
│ │ │ │
│ │ ADD_BLOCK(block_header, tag_hashes[]) │ │
│ │ → Registra nuevo bloque en el índice │ │
│ │ │ │
│ │ SEARCH(tag_hashes[], operation=AND|OR, limit) │ │
│ │ → Busca bloques que coincidan │ │
│ │ ← Retorna block_ids + temp_keys │ │
│ │ │ │
│ │ VERIFY(block_id, current_hash) │ │
│ │ → Verifica integridad de un bloque │ │
│ │ ← Retorna bool + discrepancy_info │ │
│ │ │ │
│ │ GET_MERKLE_PROOF(block_id) │ │
│ │ → Obtiene prueba de inclusión en el árbol │ │
│ │ ← Retorna path de hashes hasta root │ │
│ │ │ │
│ │ AUDIT_LOG(start_time, end_time) │ │
│ │ → Obtiene registro de accesos │ │
│ │ ← Retorna lista de query_hashes + timestamps │ │
│ │ │ │
│ └───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘ │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Software de Control (Python pseudocódigo)
# asic_rag_controller.py
class ASICRAGController:
"""
Controlador para sistema RAG con índice ASIC SHA-256
"""
def __init__(self, asic_device, master_key):
self.asic = ASICInterface(asic_device)
self.master_key_hash = sha256(master_key)
self.asic.init_index(self.master_key_hash)
def index_document(self, document, metadata):
"""
Indexa un nuevo documento en el sistema
"""
# 1. Extraer keywords del documento
keywords = self.extract_keywords(document)
# 2. Generar embedding y binarizarlo
embedding = self.llm.encode(document)
binary_embedding = self.binarize(embedding)
# 3. Calcular hashes de tags
tag_hashes = [sha256(kw) for kw in keywords]
tag_hashes.append(sha256(binary_embedding))
# 4. Crear bloque
block = KnowledgeBlock(
content=document,
metadata=metadata,
tag_hashes=tag_hashes,
prev_hash=self.get_last_block_hash()
)
# 5. Cifrar contenido
block_key = sha256(self.master_key + block.hash)
encrypted_content = aes_encrypt(document, block_key)
# 6. Escribir a disco
offset = self.disk.write(block.header + encrypted_content)
# 7. Registrar en ASIC
self.asic.add_block(block.header, tag_hashes, offset)
return block.hash
def search(self, query, max_results=5):
"""
Busca documentos relevantes para una consulta
"""
# 1. LLM extrae keywords de la query
keywords = self.llm.extract_search_terms(query)
# 2. Calcular hashes de búsqueda
search_hashes = [sha256(kw) for kw in keywords]
# 3. ASIC ejecuta búsqueda (ultrarrápido)
results = self.asic.search(
tag_hashes=search_hashes,
operation="AND",
limit=max_results
)
# 4. Leer y descifrar bloques relevantes
documents = []
for result in results:
encrypted = self.disk.read(result.offset, result.size)
decrypted = aes_decrypt(encrypted, result.temp_key)
documents.append(decrypted)
return documents
def query(self, user_question):
"""
Pipeline completo de consulta RAG
"""
# 1. Buscar documentos relevantes
context_docs = self.search(user_question)
# 2. Construir prompt con contexto
prompt = f"""
Contexto de documentos de la empresa:
{context_docs}
Pregunta del usuario:
{user_question}
Responde basándote únicamente en el contexto proporcionado.
"""
# 3. LLM genera respuesta
response = self.llm.generate(prompt)
return response
Requisitos de Hardware
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ CONFIGURACIÓN MÍNIMA │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ COMPONENTE │ ESPECIFICACIÓN │ FUNCIÓN │
│ ────────────────────────┼─────────────────────────┼────────────────────────│
│ ASIC SHA-256 │ Antminer S9 o superior │ Índice + verificación │
│ (obsoleto = barato) │ ~14 TH/s │ │
│ │ ~$50-100 usado │ │
│ ────────────────────────┼─────────────────────────┼────────────────────────│
│ PC Host │ Intel i5 / Ryzen 5 │ Orquestación │
│ │ 16GB RAM │ │
│ ────────────────────────┼─────────────────────────┼────────────────────────│
│ GPU (opcional) │ RTX 3060 o superior │ LLM local │
│ │ 12GB VRAM │ │
│ ────────────────────────┼─────────────────────────┼────────────────────────│
│ Almacenamiento │ SSD NVMe 1TB+ │ Bloques de datos │
│ │ Lectura: 3500 MB/s │ │
│ ────────────────────────┼─────────────────────────┼────────────────────────│
│ Fuente de alimentación │ 1500W 80+ Gold │ ASIC consume ~1300W │
│ │ │ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
NOTA: El ASIC obsoleto es el componente más barato del sistema.
Un Antminer S9 de 2017 cuesta ~$50-100 en eBay.
Casos de Uso Empresariales
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ APLICACIONES │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ │
│ 1. BUFETE DE ABOGADOS │
│ • Miles de contratos confidenciales │
│ • Búsqueda: "cláusulas de penalización en contratos 2023" │
│ • Cumplimiento: secreto profesional + GDPR │
│ │
│ 2. HOSPITAL / CLÍNICA │
│ • Historiales médicos cifrados │
│ • Búsqueda: "pacientes con diabetes tipo 2 y complicaciones renales" │
│ • Cumplimiento: HIPAA + datos de salud │
│ │
│ 3. BANCO / FINTECH │
│ • Transacciones y auditorías │
│ • Búsqueda: "operaciones sospechosas Q4 mayores a 10K" │
│ • Cumplimiento: PCI-DSS + anti-lavado │
│ │
│ 4. DEPARTAMENTO DE I+D │
│ • Patentes y secretos industriales │
│ • Búsqueda: "investigaciones de nanotubos de carbono" │
│ • Cumplimiento: propiedad intelectual │
│ │
│ 5. GOBIERNO / DEFENSA │
│ • Documentos clasificados │
│ • Búsqueda: solo personal con clearance adecuado │
│ • Cumplimiento: clasificación de seguridad nacional │
│ │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
Próximos Pasos de Investigación
- Firmware ASIC: Modificar cgminer/bfgminer para protocolo RAG
- Benchmark: Comparar velocidad de búsqueda vs Elasticsearch/Milvus
- Prototipo: Implementar con Antminer S9 + Raspberry Pi
- Paper: Documentar arquitectura para publicación
Referencias Conceptuales
- Bitcoin Merkle Trees: verificación de integridad
- Locality Sensitive Hashing: búsqueda aproximada en IA
- Encrypted Search: búsqueda sobre datos cifrados
- Hardware Security Modules (HSM): aislamiento de claves
Documento técnico - Concepto ASIC-RAG Autor: Francisco (Fran) - Investigador independiente Fecha: Diciembre 2024