FHE, ZK та MPC: порівняння трьох технологій шифрування

У галузі шифрування, повністю гомоморфне шифрування (FHE), нульове знання (ZK) та багатосторонні безпечні обчислення (MPC) є трьома технологіями, які привертають велику увагу. Хоча всі вони спрямовані на захист конфіденційності та безпеки даних, кожна має свої особливості та сфери застосування. У статті буде детально порівняно ці три технології, досліджуючи їх принципи роботи та застосування в таких сферах, як блокчейн.

Нульове знання ( ZK ): доведення без розкриття

Технологія нульових знань має на меті вирішення питання, як перевірити справжність інформації без розкриття конкретного змісту. Вона базується на шифруванні, дозволяючи одній стороні ( довірителю ) довести іншій стороні ( перевіряючому ), що вона знає якийсь секрет, не розкриваючи жодної інформації про цей секрет.

Наприклад, якщо Аліса хоче довести працівникові прокату автомобілів Бобу, що її кредитний стан хороший, але не хоче надавати детальний банківський виписок. У цьому випадку "кредитний бал", подібний до того, що надають банки або платіжні програми, може слугувати як форма нульового знання. Аліса може довести, що її кредитний рейтинг відповідає вимогам, а Бобу не потрібно знати конкретну інформацію про рахунок Аліси.

У сфері блокчейну типовим застосуванням технології ZK є анонімні монети. Наприклад, у випадку з Zcash, коли користувач ініціює транзакцію, йому потрібно згенерувати ZK доказ. Цей доказ може підтвердити легітимність транзакції для майнерів, водночас захищаючи анонімність користувача. Майнер може перевірити транзакцію та додати її до блокчейну, не знаючи конкретної особи відправника.

Багатостороннє шифрування ( MPC ): спільні обчислення без витоку

Технологія багатостороннього безпечного обчислення (MPC) в основному використовується для вирішення питання, як без розкриття чутливої інформації забезпечити безпечне спільне обчислення для кількох учасників. MPC дозволяє кільком учасникам спільно виконувати обчислювальне завдання, не розкриваючи своїх вхідних даних.

Наприклад, якщо Аліса, Боб і Керол хочуть обчислити середню зарплату трьох, але не хочуть розкривати один одному конкретні суми своїх зарплат. Використовуючи технологію MPC, вони можуть розділити свої зарплати на три частини і обмінятися двома частинами з іншими двома. Кожен сумує отримані числа, а потім ділиться цим результатом. Нарешті, троє знову обчислюють загальну суму цих трьох результатів, щоб отримати середнє значення, але не можуть визначити точні зарплати інших.

У сфері шифрування, технологія MPC використовується для розробки більш безпечних рішень для гаманців. Деякі торгові платформи, що запровадили гаманці MPC, розділяють приватні ключі на кілька частин, які зберігаються в різних місцях, таких як мобільний телефон користувача, хмара та біржа. Цей підхід підвищує безпеку та пропонує користувачам зручніший механізм відновлення.

Повне шифрування ( FHE ): Безпечні обчислення для зовнішнього шифрування

Технологія повної гомоморфної шифрування вирішує, як зашифрувати чутливі дані, щоб зашифровані дані можна було передати ненадійним третім особам для допоміжних обчислень, при цьому результати обчислень все ще можуть бути правильно розшифровані власником оригінальних даних.

У системі FHE Аліса може додати шум до своїх вихідних даних для шифрування, а потім передати зашифровані дані Бобу для обробки. Боб використовує свою потужну обчислювальну потужність для роботи з цими зашифрованими даними, але не може дізнатися фактичний зміст даних. Нарешті, Аліса використовує свій ключ для розшифрування результату обчислень і отримує справжній результат.

Технологія FHE особливо важлива при обробці чутливих даних у середовищі хмарних обчислень. Вона дозволяє даним залишатися зашифрованими протягом усього процесу обробки, що як забезпечує безпеку даних, так і відповідає вимогам приватності.

У сфері блокчейну технологія FHE може бути використана для покращення механізму консенсусу PoS та систем голосування. Наприклад, за допомогою технології FHE можна запобігти простому слідуванню вузлів у невеликих PoS-мережах за результатами верифікації великих вузлів, що допомагає уникнути надмірної централізації. Так само у децентралізованому управлінні голосуванням FHE може допомогти запобігти явищу "слідування за голосами", що дозволяє результатам голосування краще відображати справжню громадську думку.

Підсумок

Хоча ZK, MPC та FHE мають на меті захист даних, конфіденційності та безпеки, вони відрізняються за сферами застосування та технічною складністю:

• ZK в основному використовується для доведення, підходить для сцен, які потребують перевірки прав чи особи.
• MPC зосереджується на спільних обчисленнях кількох сторін, підходить для ситуацій, коли потрібно співпрацювати з даними, але при цьому захищати конфіденційність усіх сторін.
• FHE зосереджується на зовнішньому обчисленні шифрованих даних, особливо підходить для таких сфер, як хмарні обчислення та послуги ШІ.

Ці три технології мають свої особливості, і в реалізації та застосуванні стикаються з різними викликами. Зі зростанням потреб у захисті даних та особистої конфіденційності, ці шифрування технології відіграватимуть все важливішу роль у майбутньому.