التشفير المتماثل بالكامل FHE: مقدمة ومشاهد التطبيق

التشفير عادةً ما يُقسم إلى نوعين: التشفير الثابت والتشفير أثناء النقل. التشفير الثابت هو تشفير البيانات بعد تخزينها، حيث يمكن فقط للمخول لهم الاطلاع على المحتوى المفكوك. أما التشفير أثناء النقل فيضمن أن البيانات التي تم نقلها عبر الإنترنت يمكن أن تُفسر فقط من قبل الأشخاص المحددين. كلا النوعين من التشفير يعتمد على خوارزميات التشفير، ويوفر ضمانات لسلامة البيانات، ويُسمى "التشفير المعتمد".

في السيناريوهات التي تتطلب معالجة معقدة للبيانات المشفرة، فإن التشفير المتماثل بالكامل (FHE) هو تقنية لحماية الخصوصية. على سبيل المثال، يسمح FHE في التصويت عبر الإنترنت بالعد المباشر للأصوات المشفرة دون فك تشفيرها، مما يحمي الخصوصية.

FHE هو نوع خاص من التشفير، يسمح بإجراء حسابات دالة على النصوص المشفرة دون فك التشفير. عملية الحساب علنية، ويمكن تنفيذها في السحابة دون الكشف عن الخصوصية. المدخلات والمخرجات هي نصوص مشفرة، تحتاج إلى مفتاح لفك التشفير.

يعتبر نموذج FHE الخارجي بديلاً عن بيئات التنفيذ الآمنة مثل TEE. تعتمد أمان FHE على خوارزميات التشفير، ولا تعتمد على الأجهزة، وبالتالي فهي غير متأثرة بهجمات القنوات الجانبية أو هجمات الخوادم السحابية.

عادةً ما تستخدم FHE عدة مجموعات من المفاتيح:

1. مفتاح فك التشفير: المفتاح الرئيسي، يستخدم لفك تشفير نصوص FHE.
2. مفتاح التشفير: يستخدم لتحويل النص العادي إلى نص مشفر.
3. حساب المفتاح: يستخدم لإجراء عمليات التشفير المتماثل على النص المشفر.

هناك عدة أنماط شائعة لتطبيق التشفير المتماثل بالكامل:

1. نموذج الإسناد: إسناد مهام الحوسبة إلى خادم سحابي، لحماية خصوصية البيانات.

2. نمط الحساب بين الطرفين: يساهم كلا الطرفين ببيانات خاصة لإجراء حساب مشترك.

3. نمط التجميع: تجميع بيانات متعددة الأطراف، للاستخدام في سيناريوهات التعلم الفيدرالي وغيرها.

4. نمط العميل-الخادم: يقدم الخادم خدمات حساب FHE لعدة عملاء.

يمكن للتشفير المتماثل بالكامل ضمان صحة نتائج الحساب من خلال إدخال الازدواجية، والتوقيعات الرقمية، وغيرها من الطرق. يمكن استخدام أساليب مثل المشاركة السرية في توزيع مفتاح فك التشفير لزيادة الأمان.

بشكل عام، يعد التشفير المتماثل بالكامل تقنية قوية لحماية الخصوصية، حيث يمكنه تنفيذ مهام حسابية معقدة مع حماية خصوصية البيانات، ومن المتوقع أن يلعب دورًا مهمًا في مجالات مثل الحوسبة السحابية والتعلم الفيدرالي.