Desarrollo y aplicación de la encriptación completamente homomórfica

La encriptación completamente homomórfica ( FHE ) es una tecnología de encriptación avanzada que permite realizar cálculos sobre datos encriptados sin necesidad de desencriptarlos. Este concepto fue propuesto por primera vez en la década de 1970, pero no fue hasta 2009 que Craig Gentry demostró que se podían realizar cálculos arbitrarios sobre datos encriptados, lo que realmente hizo posible la encriptación completamente homomórfica.

Las características centrales de la FHE incluyen homomorfismo, gestión del ruido y operaciones infinitas. El homomorfismo significa que las operaciones de suma o multiplicación sobre cifrados son equivalentes a realizar las mismas operaciones sobre texto claro. La gestión del ruido es crucial para controlar la precisión del cálculo. En comparación con la encriptación homomórfica parcial y algún tipo de encriptación homomórfica, la FHE admite un número infinito de operaciones de suma y multiplicación.

En el ámbito de la blockchain, el FHE tiene el potencial de convertirse en una tecnología clave para mejorar la escalabilidad y la protección de la privacidad. Puede transformar la blockchain transparente en una forma parcialmente encriptada, al tiempo que conserva el control de los contratos inteligentes. Algunos proyectos están desarrollando máquinas virtuales FHE que permiten a los programadores escribir código de contratos inteligentes que operan con primitivas FHE. Este enfoque puede resolver los problemas de privacidad actuales de la blockchain, haciendo posibles aplicaciones como pagos encriptados, juegos, etc., mientras se conserva el gráfico de transacciones para cumplir con los requisitos regulatorios.

FHE también puede mejorar la usabilidad de los proyectos de privacidad mediante la recuperación de mensajes privados (OMR), solucionando problemas como el largo tiempo de recuperación de información de saldo y la latencia de sincronización. Aunque FHE por sí mismo no puede resolver directamente los problemas de escalabilidad de blockchain, la combinación con pruebas de cero conocimiento puede ofrecer soluciones a los desafíos de escalabilidad.

FHE y la prueba de conocimiento cero ( ZKP ) son tecnologías complementarias. ZKP proporciona computación verificable y propiedades de conocimiento cero, mientras que FHE permite realizar cálculos sobre datos encriptados sin exponer los datos. Combinar ambas aumentará significativamente la complejidad computacional, por lo que solo es práctico cuando se requiere en casos de uso específicos.

El desarrollo de FHE está aproximadamente tres a cuatro años detrás de ZKP, pero está alcanzando rápidamente. Los primeros proyectos de FHE han comenzado a probarse y se espera que lancen la mainnet más adelante este año. Aunque FHE aún tiene un mayor costo computacional que ZKP, su potencial para la adopción a gran escala está comenzando a aparecer.

Los principales desafíos a los que se enfrenta FHE incluyen la eficiencia computacional y la gestión de claves. La operación de autoarranque es intensiva en cálculos, pero los avances algorítmicos y la optimización ingenieril están mejorando este problema. Para casos de uso específicos, puede haber alternativas más eficientes que no utilicen el autoarranque. La gestión de claves también presenta desafíos, que necesitan un desarrollo adicional para superar el problema de punto único de falla.

Varias empresas están desarrollando tecnologías y aplicaciones relacionadas con FHE:

• Arcium: Proporciona una red de computación confidencial paralela basada en Solana.
• Cysic: Enfocado en la generación y verificación en tiempo real de pruebas de conocimiento cero con aceleración de hardware.
• Zama: Desarrollar soluciones de encriptación completamente homomórfica para blockchain y AI.
• Protector solar: Ayuda a los ingenieros a construir y desplegar aplicaciones privadas utilizando FHE.
• Octra: Propone un nuevo tipo de HFHE, que funciona sobre grafos hiper.
• Fhenix: Desarrollo de Layer 2 de Ethereum soportado por FHE.
• Mind Network: Construcción de una capa de reetiquetado FHE para DePIN y AI.
• Inco Network: Desarrollar una blockchain Layer 1 de computación confidencial modular.

El entorno regulatorio de la FHE varía en diferentes regiones. Aunque la privacidad de los datos recibe un amplio apoyo, la privacidad financiera sigue siendo un área gris. La FHE tiene el potencial de mejorar la privacidad de los datos, al tiempo que mantiene los beneficios sociales.

De cara al futuro, se espera que la encriptación completamente homomórfica (FHE) logre avances significativos en los próximos 3-5 años, pasando de la investigación teórica a aplicaciones prácticas. A medida que la tecnología madure, se espera que FHE impulse el desarrollo de diversas aplicaciones innovadoras en el ecosistema de encriptación.