FHE, ZK и MPC: Сравнение трех технологий шифрования

В области шифрования, полное гомоморфное шифрование (FHE), нулевая информация (ZK) и многопартитные безопасные вычисления (MPC) являются тремя высоко ценимыми технологиями. Хотя все они стремятся защитить конфиденциальность и безопасность данных, каждая из них имеет свои особенности и области применения. В данной статье будет проведено детальное сравнение этих трех технологий, исследуя их рабочие принципы и применение в таких областях, как блокчейн.

Нулевое доказательство ( ZK ): доказательство без раскрытия

Технология нулевых знаний направлена на решение проблемы проверки подлинности информации без раскрытия конкретного содержания. Она основана на шифровании и позволяет одной стороне ( доказателю ) подтвердить другой стороне ( проверяющему ), что она знает определенную тайну, не раскрывая никакой информации о этой тайне.

Например, если Алиса хочет доказать сотруднику проката автомобилей Бобу, что у нее хорошее кредитное состояние, но не хочет предоставлять подробные банковские выписки. В этом случае подобный "кредитный балл", предоставляемый банками или платежными системами, может служить в качестве доказательства с нулевым знанием. Алиса может подтвердить, что ее кредитный рейтинг соответствует требованиям, а Бобу не нужно знать конкретную информацию о счетах Алисы.

В области блокчейна типичным применением технологии ZK являются анонимные монеты. Например, в случае с Zcash, когда пользователь инициирует транзакцию, он должен сгенерировать ZK-доказательство. Это доказательство может подтвердить законность транзакции для майнеров, одновременно защищая анонимность идентичности пользователя. Майнеры могут проверять транзакцию и добавлять ее в блокчейн, не зная конкретной идентичности отправителя.

Многосторонние вычисления ( MPC ): совместные вычисления без утечки

Технология многопартитных вычислений (MPC) в основном используется для решения проблемы, как нескольким участникам безопасно выполнять совместные вычисления без раскрытия конфиденциальной информации. MPC позволяет нескольким участникам совместно выполнять вычислительные задачи, не раскрывая при этом свои входные данные.

Например, если Алиса, Боб и Кэрол хотят рассчитать среднюю зарплату троих, но не хотят раскрывать друг другу свои конкретные зарплаты. С помощью технологии MPC они могут разделить свои зарплаты на три части и обменяться двумя частями с другими двумя. Каждый складывает полученные числа, а затем делится этой суммой. В конце концов, трое снова складывают эти три суммы, чтобы получить среднее значение, но не могут определить точные зарплаты других.

В индустрии шифрования криптовалют, технологии MPC используются для разработки более безопасных решений для кошельков. Некоторые торговые платформы внедряют кошельки MPC, которые разбивают закрытые ключи на несколько фрагментов, которые хранятся в разных местах, таких как мобильные телефоны пользователей, облачные хранилища и биржи. Этот подход повышает безопасность и предоставляет пользователям более удобный механизм восстановления.

Полная гомоморфная шифрование(FHE): Безопасные вычисления с шифрованием на стороне

Технология полного гомоморфного шифрования решает вопрос о том, как зашифровать чувствительные данные, чтобы зашифрованные данные можно было передать недоверенному третьему лицу для вспомогательных вычислений, при этом результаты вычислений все еще могут быть правильно расшифрованы обладателем оригинальных данных.

В системе FHE Алиса может добавить шум к своим исходным данным для их шифрования, а затем передать зашифрованные данные Бобу для обработки. Боб использует свою мощную вычислительную способность для работы с этими зашифрованными данными, но не может узнать фактическое содержание данных. В конце концов, Алиса использует свой ключ для расшифровки результатов вычислений и получения реального результата.

Технология FHE особенно важна при обработке конфиденциальных данных в облачной среде. Она позволяет данным оставаться в зашифрованном состоянии на протяжении всего процесса обработки, что защищает безопасность данных и соответствует требованиям законодательства о конфиденциальности.

В области блокчейна технология FHE может быть использована для улучшения механизма согласия PoS и систем голосования. Например, с помощью технологии FHE можно предотвратить простое следование узлов в небольшой сети PoS за результатами верификации крупных узлов, тем самым избегая чрезмерной централизации. Точно так же в голосовании по децентрализованному управлению FHE может помочь предотвратить явление "следования за голосом", что позволяет результатам голосования лучше отражать истинное общественное мнение.

Резюме

Несмотря на то, что ZK, MPC и FHE предназначены для защиты конфиденциальности и безопасности данных, они различаются по сценариям применения и технической сложности:

• ZK в основном используется для доказательства и подходит для сценариев, требующих проверки прав или личности.
• MPC сосредоточен на многопартийных вычислениях, подходит для ситуаций, где требуется сотрудничество данных, но необходимо защищать конфиденциальность сторон.
• FHE акцентирует внимание на шифровании данных для внешних вычислений, особенно подходит для облачных вычислений и услуг ИИ.

Эти три технологии имеют свои особенности и сталкиваются с различными вызовами в реализации и применении. С учетом растущих потребностей в безопасности данных и защите личной информации, эти технологии шифрования будут играть все более важную роль в будущем.