FHE: Криптография的隐身衣

Полностью однородное шифрование ( FHE ) — это современная технология шифрования, которая позволяет выполнять вычисления непосредственно на зашифрованных данных, обеспечивая обработку данных при защите конфиденциальности. У FHE есть множество потенциальных областей применения, особенно в области обработки и анализа данных с необходимостью защиты конфиденциальности, таких как финансы, здравоохранение, облачные вычисления, машинное обучение, системы голосования, Интернет вещей, защита конфиденциальности в блокчейне и т.д. Однако коммерциализация FHE все еще требует времени, основные проблемы связаны с огромными вычислительными и памятью затратами, а также плохой масштабируемостью.

Основные принципы FHE

核心 FHE заключается в скрытии исходной информации с помощью многочлена. Многочлен может быть преобразован в задачи линейной алгебры и векторных вычислений, что облегчает высоко оптимизированные вычисления современными компьютерами.

Процесс шифрования FHE включает в себя:

1. Выберите многочлен ключа
2. Генерация случайного многочлена
3. Генерация маленького "ошибочного" многочлена
4. Защитите открытый текст, комбинируя его с вышеуказанным многочленом.

Введение шума необходимо для предотвращения предположений о ключе на основе повторного ввода. Однако шум накапливается с вычислениями и в конечном итоге может привести к невозможности расшифровки. Для решения этой проблемы FHE использует несколько технологий:

• Переключение ключа: уменьшение размера зашифрованного текста
• Переключение модуляции: контроль роста шума
• Самозагрузка: сбросить шум до начального уровня

В настоящее время уже существует несколько конкретных реализаций схем FHE, которые используют метод самозагрузки.

Проблемы, с которыми сталкивается FHE

Основная проблема FHE заключается в огромных вычислительных затратах. По сравнению с обычными вычислениями, вычисления FHE могут быть в 500 миллионов раз медленнее. Агентство передовых оборонных научных исследований Министерства обороны США (DARPA) запустило программу Dprive, целью которой является увеличение скорости вычислений FHE до 1/10 обычных вычислений. Программа в основном сосредоточена на следующих аспектах:

1. Увеличить длину слова процессора
2. Разработка специализированных ASIC процессоров
3. Построение параллельной архитектуры MIMD

Несмотря на медленный прогресс, технологии FHE по-прежнему имеют уникальное значение для защиты чувствительных данных, особенно в таких областях, как военное дело, медицина и финансы.

Применение FHE в блокчейне

В области блокчейна FHE в основном используется для защиты конфиденциальности данных, направления применения включают:

• Приватность на блокчейне
• Приватность данных для обучения ИИ
• Приватность голосования в блокчейне
• Проверка приватных транзакций в блокчейне
• Решение MEV

Но FHE также сталкивается с такими вызовами, как значительное увеличение затрат на работу валидаторов.

Основные проекты FHE

В настоящее время большинство проектов FHE используют технологии, разработанные Zama, такие как Fhenix, Privasea, Inco Network, Mind Network и др. Эти проекты в основном различаются по бизнес-моделям.

Zama на основе схемы TFHE создала довольно完善ный стек разработки блокчейн + AI.

Octra использует оригинальную технологию на основе гиперграфов для реализации FHE, создав новый язык смарт-контрактов и протокол консенсуса.

Перспективы

Технология FHE все еще находится на ранней стадии и сталкивается со многими вызовами:

• Низкая эффективность производительности
• Высокая сложность проекта
• Неясные перспективы коммерциализации
• Недостаток капитальных вложений

Но с разработкой специализированных FHE-чипов и растущим спросом в ключевых областях, таких как оборона, финансы и здравоохранение, FHE-технология имеет шанс на прорыв. FHE имеет потенциал для раскрытия возможности сочетания конфиденциальных данных с будущими квантовыми алгоритмами и другими технологиями, что приведет к глубоким последствиям.