Повністю гомоморфне шифрування FHE: інструмент захисту конфіденційності ери ШІ

Останнім часом крипторинок, хоча і залишався спокійним, але деякі нові технології поступово набирають популярності. Серед них повністю гомоморфне шифрування (Fully Homomorphic Encryption, скорочено FHE) є сфера, на яку варто звернути увагу. У травні цього року засновник Ethereum Віталік Бутерін спеціально опублікував статтю про FHE, що викликало широке обговорення в індустрії.

Щоб зрозуміти цей складний концепт FHE, нам потрібно почати з основ, зрозуміти, що таке "шифрування", "гомоморфне", і чому потрібно "повністю".

Шифрування основні концепції

Найпростіший спосіб шифрування нам добре відомий. Наприклад, якщо Аліса хоче надіслати Бобу секретне число "1314 520", але не хоче, щоб третя сторона знала його зміст. Вона може застосувати просте правило шифрування: помножити кожне число на 2. Таким чином, передана інформація перетворюється на "2628 1040". Коли Боб отримує повідомлення, йому потрібно лише поділити кожне число на 2, щоб розшифрувати оригінальну інформацію. Це основний процес симетричного шифрування.

Особливості гомоморфного шифрування

Гомоморфне шифрування йде ще далі. Припустимо, що Аліса вміє виконувати лише найосновніші операції множення на 2 та ділення на 2, але їй потрібно розрахувати складний рахунок за електрику: 400 юанів на місяць, борг за 12 місяців. Аліса не може виконати таке складне множення, але не хоче, щоб інші знали конкретну суму. Отже, вона може зробити так: помножити 400 на 2, отримавши 800, 12 помножити на 2, отримавши 24, а потім попросити надійного обчислювача допомогти розрахувати 800 помножити на 24. Після того, як обчислювач отримує результат 19200, Аліса потім ділить на 2 двічі, і вона отримує правильну відповідь 4800 юанів.

Це простий приклад гомоморфного шифрування множення. Він дозволяє виконувати обчислення над зашифрованими даними без необхідності їх розшифрування. Цей метод робить можливим делегування обчислень ненадійним третім сторонам, одночасно захищаючи безпеку чутливих даних.

Необхідність повністю гомоморфного шифрування

Однак просте гомоморфне шифрування має свої обмеження. Наприклад, якщо обчислювач достатньо розумний, він може зламати початкові дані за допомогою перебору. Це вимагає більш складних методів шифрування, а саме повністю гомоморфного шифрування.

Повністю гомоморфне шифрування дозволяє виконувати довільну кількість операцій додавання та множення над зашифрованими даними, а не лише певні операції. Це значно ускладнює процес злому, що дозволяє навіть складні поліноміальні обчислення виконувати за умов збереження конфіденційності.

Повністю гомоморфне шифрування до 2009 року досягло проривного прогресу. Нові ідеї, запропоновані вченими на чолі з Джентрі, відкрили нові можливості для цієї технології.

Застосування повністю гомоморфного шифрування в сфері ШІ

Технологія повністю гомоморфного шифрування (FHE) має широкі перспективи застосування в галузі штучного інтелекту. Як відомо, потужні системи штучного інтелекту потребують величезних обсягів даних для навчання, але багато даних мають високу чутливість. FHE може добре вирішити цю суперечність:

1. Шифрування чутливих даних за допомогою FHE методу
2. Використання зашифрованих даних для навчання AI-моделі
3. Вихідні дані AI в зашифрованому вигляді

Неконтрольовані AI моделі можуть безпосередньо обробляти ці шифровані дані, оскільки для них вхід по суті є векторами. А власники даних можуть безпечно розшифровувати результати на місці. Таким чином, досягається мета використання потужних обчислень AI при захисті конфіденційності.

Приклади проектів FHE

Наразі вже кілька проєктів досліджують технологію FHE, такі як Zama, Mind Network, Fhenix тощо. Наприклад, проєкт, в який інвестувала одна з торгових платформ, пропонує цікаву застосункову ситуацію: розпізнавання обличчя. Завдяки технології FHE можна визначити, чи є особа справжньою, не торкаючись оригінальних даних обличчя.

Однак обчислення з повністю гомоморфним шифруванням потребують великої обчислювальної потужності. Тому цей проект запропонував гібридну архітектуру мережі PoW і PoS для вирішення проблеми обчислювальної потужності. Нещодавно вони також запустили спеціалізоване обладнання для майнінгу та особливий NFT "робочий сертифікат", намагаючись забезпечити стимули для обчислювальної потужності, одночасно уникнувши регуляторних ризиків.

Важливість FHE

Якщо ШІ зможе масово застосовувати технологію повністю гомоморфного шифрування, це значно зменшить тиск на безпеку даних і захист приватності, з якими ми стикаємося сьогодні. Від національної безпеки до особистої приватності, FHE може стати важливим засобом захисту.

У найближчому майбутньому епохи ШІ зрілість технології FHE може стати останнім щитом для захисту приватності людини. Як у бізнес-застосуваннях, так і в наукових дослідженнях, FHE має потенціал відігравати важливу роль у майбутньому.