Развитие и применение полностью гомоморфного шифрования

Полностью гомоморфное шифрование(FHE) является передовой технологией шифрования, позволяющей выполнять вычисления над зашифрованными данными без их расшифровки. Эта концепция была впервые предложена в 1970-х годах, но только в 2009 году Крейг Джентри продемонстрировал, что можно выполнять произвольные вычисления над зашифрованными данными, что действительно реализовало полностью гомоморфное шифрование.

Основные характеристики FHE включают в себя Гомоморфное шифрование, управление шумом и неограниченные операции. Гомоморфное шифрование означает, что операции сложения или умножения над зашифрованными данными эквивалентны тем же операциям над открытыми данными. Управление шумом имеет решающее значение для контроля точности вычислений. В отличие от частично гомоморфного шифрования и некоторых видов гомоморфного шифрования, FHE поддерживает неограниченное количество операций сложения и умножения.

В области блокчейна FHE обещает стать ключевой технологией для повышения масштабируемости и защиты конфиденциальности. Она может преобразовать прозрачный блокчейн в частично зашифрованную форму, сохраняя при этом контроль над смарт-контрактами. Некоторые проекты разрабатывают виртуальную машину FHE, позволяющую программистам писать код смарт-контрактов, управляющих примитивами FHE. Этот подход может решить текущие проблемы конфиденциальности блокчейна, сделав возможными такие приложения, как зашифрованные платежи, игры и другие, одновременно сохраняя график транзакций для соблюдения требований регулирования.

FHE также может улучшить доступность проектов конфиденциальности через скрытый поиск сообщений (OMR), решая проблемы, такие как долгое время извлечения информации о балансе и задержка синхронизации. Хотя само FHE не может напрямую решить проблемы масштабируемости блокчейна, его комбинация с нулевым разглашением может предложить решения для проблем масштабируемости.

FHE и нулевые доказательства ( ZKP ) являются взаимодополняющими технологиями. ZKP предоставляет проверяемые вычисления и свойства нулевого знания, в то время как FHE позволяет выполнять вычисления над зашифрованными данными без раскрытия данных. Комбинирование обоих значительно увеличивает вычислительную сложность, поэтому это целесообразно только в тех случаях, когда это необходимо.

Развитие полностью гомоморфного шифрования отстает от ZKP на три-четыре года, но быстро настигает. Проекты первого поколения FHE начали тестирование, и ожидается, что основная сеть будет запущена позже в этом году. Несмотря на то что полностью гомоморфное шифрование все еще требует больших вычислительных затрат, его потенциал для массового применения начинает проявляться.

Основные проблемы, с которыми сталкивается FHE, включают вычислительную эффективность и управление ключами. Операции самозагрузки требуют много вычислений, но алгоритмические усовершенствования и инженерная оптимизация улучшают эту ситуацию. Для определённых случаев могут существовать более эффективные альтернативы, не использующие самозагрузку. Управление ключами также представляет собой проблему, требующую дальнейшего развития для преодоления проблемы единой точки отказа.

Множество компаний разрабатывают технологии и приложения, связанные с полностью гомоморфным шифрованием:

• Arcium: Предоставляет параллельную сеть конфиденциальных вычислений на основе Solana.
• Cysic: Сосредоточен на аппаратном ускорении генерации и проверки нулевых знаний в реальном времени.
• Zama: Разработка решений FHE для блокчейна и ИИ.
• Солнцезащитный крем: помогает инженерам использовать полностью гомоморфное шифрование для создания и развертывания конфиденциальных приложений.
• Octra: Предложение новой модели HFHE, работающей на гиперграфах.
• Fhenix: Разработка Ethereum Layer 2 с поддержкой FHE.
• Mind Network: создание слоя повторного залога FHE для DePIN и ИИ.
• Inco Network: Разработка модульной конфиденциальной вычислительной блокчейн Layer 1.

Регуляторная среда FHE различается в зависимости от региона. Хотя конфиденциальность данных получает широкую поддержку, финансовая конфиденциальность все еще находится в серой зоне. FHE имеет потенциал для улучшения конфиденциальности данных, одновременно сохраняя социальные преимущества.

Смотря в будущее, ожидается, что FHE достигнет значительного прогресса в течение следующих 3-5 лет, переходя от теоретических исследований к практическому применению. С учетом зрелости технологий, FHE, вероятно, будет способствовать развитию различных инновационных приложений в экосистеме шифрования.