Introduction à la technologie de chiffrement homomorphe complet et scénarios d'application

Le chiffrement homomorphe complet ( FHE ) est un schéma de chiffrement spécial qui permet d'effectuer des calculs de fonctions directement sur des données chiffrées sans déchiffrement, protégeant ainsi la confidentialité des données. Contrairement au chiffrement statique traditionnel et au chiffrement de transmission, le FHE peut exécuter des traitements complexes sur des données chiffrées, ce qui le rend adapté aux scénarios de protection de la vie privée en collaboration multipartite.

Une application typique du chiffrement homomorphe complet (FHE) est le système de vote en ligne. Les électeurs peuvent chiffrer leurs résultats de vote et les soumettre à une entité intermédiaire, qui peut directement procéder au comptage des données chiffrées. Après avoir obtenu le résultat final, l'entité déchiffre et publie les résultats, le tout sans jamais avoir accès aux données en clair. Par rapport aux solutions reposant sur des tiers de confiance ou sur une isolation matérielle, le FHE offre une garantie de sécurité purement au niveau logiciel.

Les systèmes FHE contiennent généralement les types de clés suivants :

1. Clé de déchiffrement : clé principale, utilisée pour déchiffrer le chiffré FHE, généralement conservée uniquement par l'utilisateur local.

2. Clé de chiffrement : utilisée pour convertir le texte en clair en texte chiffré, elle peut être rendue publique en mode clé publique.

3. Calcul de la clé : utilisé pour effectuer des opérations homomorphiques sur des données chiffrées, il peut être rendu public mais ne divulguera pas les données d'origine.

Les modèles d'application courants du chiffrement homomorphe complet incluent :

1. Modèle de sous-traitance : l'utilisateur externalise les données chiffrées et les tâches de calcul auprès d'un fournisseur de services cloud, adapté aux scénarios de récupération d'informations privées, etc.

2. Mode de calcul des deux parties : Chaque partie détient des données privées et effectue un calcul conjoint grâce au chiffrement homomorphique sans divulguer les données originales.

3. Mode agrégé : résumer les données chiffrées fournies par plusieurs parties, utilisées pour l'apprentissage fédéré, le calcul des votes, etc.

4. Modèle client-serveur : le serveur fournit un modèle d'IA privé, le client soumet des données chiffrées pour l'inférence.

Les avantages du FHE résident dans le fait que sa sécurité repose sur des algorithmes de chiffrement et non sur le matériel, ce qui le rend insensible aux attaques par canal auxiliaire. Cependant, son coût de calcul est relativement élevé, et il est actuellement principalement utilisé dans des scénarios axés sur les calculs linéaires. À l'avenir, avec le développement de matériel spécialisé, le FHE devrait trouver des applications dans davantage de domaines.