Развитие и применение полностью гомоморфного шифрования

Полностью гомоморфное шифрование (FHE) — это передовая технология шифрования, которая позволяет выполнять вычисления над зашифрованными данными без их расшифровки. Эта концепция была впервые предложена в 1970-х годах, но только в 2009 году была достигнута прорывная веха. Крейг Джентри продемонстрировал способ выполнения произвольных вычислений над зашифрованными данными, что ознаменовало рождение FHE.

Основные характеристики FHE включают гомоморфность, управление шумом и неограниченные операции. Гомоморфность означает, что операции над зашифрованными данными эквивалентны операциям над открытыми данными, включая сложение и умножение. Управление шумом является ключевым для обеспечения точности вычислений, поскольку каждая операция увеличивает шум. В отличие от частичного шифрования и некоторых видов гомоморфного шифрования, FHE поддерживает неограниченное количество операций сложения и умножения.

В области блокчейна FHE рассматривается как потенциальная технология для решения проблем 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, который управляет примитивами FHE. Этот подход обещает решить текущие проблемы конфиденциальности в блокчейне, делая возможными зашифрованные платежи, игры и другие приложения, при этом сохраняя граф транзакций для соблюдения регуляторных требований.

FHE также может улучшить доступность проектов конфиденциальности, таких как решение проблем синхронизации кошельков через поиск конфиденциальных сообщений (OMR). Однако FHE сам по себе не решает проблемы масштабируемости блокчейна и может потребовать сочетания с доказательствами с нулевым раскрытием (ZKP), чтобы справиться с этой задачей.

FHE и ZKP - это взаимодополняющие технологии, каждая из которых имеет свои преимущества. ZKP предоставляет проверяемые вычисления и свойства нулевого знания, в то время как FHE позволяет выполнять вычисления, не раскрывая данные. Сочетание обоих может значительно увеличить вычислительную сложность, поэтому необходимо оценить в зависимости от конкретного случая использования.

В настоящее время развитие полностью гомоморфного шифрования отстает от ZKP примерно на три-четыре года, но быстро догоняет. Проекты первого поколения FHE начали тестирование, и ожидается, что основная сеть будет запущена позже в этом году. Несмотря на то, что вычислительные затраты FHE все еще выше, чем у ZKP, потенциал его массового применения начинает проявляться.

Основные проблемы, с которыми сталкивается полное гомоморфное шифрование (FHE), включают вычислительную эффективность и управление ключами. Вычислительная интенсивность операций самозагрузки смягчается за счет улучшения алгоритмов и инженерной оптимизации. В области управления ключами некоторые проекты исследуют схемы управления ключами с порогом, но им все еще необходимо дальнейшее развитие, чтобы преодолеть проблему единой точки отказа.

На рынке несколько компаний активно разрабатывают технологии и приложения, связанные с полностью гомоморфным шифрованием (FHE). К ним относятся Arcium, сосредоточенная на конфиденциальных вычислениях, Cysic, предоставляющая ZK вычисления как услугу, Zama, разрабатывающая решения на основе FHE, Sunscreen, создающая частные приложения, Octra, запускающая сеть блокчейнов FHE, Fhenix, разрабатывающая решение Layer 2 Ethereum с поддержкой FHE, Mind Network, строящая слой重质押 (re-staking) на основе FHE, а также Inco Network, предоставляющая модульные решения для конфиденциальных вычислений.

В области нормативной среды FHE имеет потенциал для повышения конфиденциальности данных, одновременно сохраняя социальную эффективность. С развитием теории, программного обеспечения, аппаратного обеспечения и алгоритмов ожидается, что FHE достигнет значительного прогресса в течение следующих трех-пяти лет, постепенно переходя от теоретических исследований к практическому применению.

В общем, FHE как революционная технология изменяет сферу шифрования, обещая решить ключевые проблемы масштабируемости и защиты конфиденциальности в блокчейне, а также открывает новые возможности для различных инновационных приложений.