Mã hóa đồng cấu hoàn toàn kỹ thuật phát triển và ứng dụng

Mã hóa đồng cấu hoàn toàn(FHE) là một công nghệ mã hóa tiên tiến, cho phép thực hiện tính toán trên dữ liệu mã hóa mà không cần giải mã. Khái niệm này lần đầu tiên được đưa ra vào những năm 1970, nhưng cho đến năm 2009, Craig Gentry đã trình bày cách thực hiện các tính toán tùy ý trên dữ liệu mã hóa, mã hóa đồng cấu hoàn toàn mới thực sự được hiện thực hóa.

Các tính năng cốt lõi của FHE bao gồm tính đồng cấu, quản lý tiếng ồn và thao tác vô hạn. Tính đồng cấu có nghĩa là các phép toán cộng hoặc nhân trên bản mã tương đương với việc thực hiện các phép toán tương tự trên bản rõ. Quản lý tiếng ồn cực kỳ quan trọng để kiểm soát độ chính xác của phép tính. So với mã hóa đồng cấu một phần và một số loại mã hóa đồng cấu, FHE hỗ trợ vô hạn các phép toán cộng và nhân.

Trong lĩnh vực blockchain, FHE được kỳ vọng sẽ trở thành công nghệ then chốt trong việc nâng cao khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư. Nó có thể biến blockchain minh bạch thành dạng mã hóa một phần, đồng thời vẫn duy trì sự kiểm soát của hợp đồng thông minh. Một số dự án đang phát triển máy ảo FHE, cho phép lập trình viên viết mã hợp đồng thông minh để thao tác các nguyên thủy FHE. Phương pháp này có thể giải quyết vấn đề quyền riêng tư hiện tại của blockchain, khiến cho các ứng dụng như thanh toán mã hóa, trò chơi... trở nên khả thi, đồng thời vẫn giữ lại biểu đồ giao dịch để đáp ứng các yêu cầu quản lý.

FHE còn có thể cải thiện khả năng sử dụng của các dự án bảo mật thông qua việc truy xuất tin nhắn riêng tư (OMR), giải quyết các vấn đề như thời gian truy xuất thông tin số dư lâu và độ trễ đồng bộ. Mặc dù FHE bản thân nó không thể trực tiếp giải quyết vấn đề khả năng mở rộng của blockchain, nhưng kết hợp với bằng chứng không kiến thức có thể cung cấp giải pháp cho những thách thức về khả năng mở rộng.

FHE và chứng minh không kiến thức (ZKP) là các công nghệ bổ sung cho nhau. ZKP cung cấp khả năng tính toán có thể xác minh và thuộc tính không kiến thức, trong khi FHE cho phép tính toán trên dữ liệu mã hóa mà không tiết lộ dữ liệu. Kết hợp cả hai sẽ tăng đáng kể độ phức tạp của tính toán, do đó chỉ thực tiễn khi cần thiết cho các trường hợp sử dụng cụ thể.

Sự phát triển của FHE chậm hơn ZKP khoảng ba đến bốn năm, nhưng đang nhanh chóng bắt kịp. Các dự án FHE thế hệ đầu tiên đã bắt đầu thử nghiệm, dự kiến sẽ ra mắt mainnet vào cuối năm nay. Mặc dù FHE vẫn tốn kém hơn ZKP về mặt tính toán, nhưng tiềm năng ứng dụng quy mô lớn của nó đang dần hiện rõ.

Các thách thức chính mà FHE phải đối mặt bao gồm hiệu quả tính toán và quản lý khóa. Các thao tác khởi động lại rất tốn tài nguyên tính toán, nhưng sự tiến bộ của thuật toán và tối ưu hóa kỹ thuật đang cải thiện vấn đề này. Đối với các trường hợp sử dụng cụ thể, có thể có các giải pháp thay thế hiệu quả hơn mà không cần khởi động lại. Quản lý khóa cũng mang lại thách thức, cần phát triển thêm để khắc phục vấn đề lỗi điểm đơn.

Nhiều công ty đang phát triển công nghệ và ứng dụng liên quan đến FHE:

• Arcium: Cung cấp mạng tính toán bí mật song song dựa trên Solana.
• Cysic: Tập trung vào việc tạo và xác minh chứng minh không kiến thức theo thời gian thực bằng phần cứng tăng tốc.
• Zama: Phát triển giải pháp mã hóa đồng cấu hoàn toàn cho blockchain và AI.
• Kem chống nắng: Giúp các kỹ sư sử dụng FHE để xây dựng và triển khai các ứng dụng riêng tư.
• Octra: Đề xuất HFHE mới, hoạt động trên siêu đồ thị.
• Fhenix: Phát triển Layer 2 Ethereum được hỗ trợ bởi FHE.
• Mind Network: Xây dựng lớp tái thế chấp FHE cho DePIN và AI.
• Inco Network: Phát triển blockchain Layer 1 tính toán bí mật mô-đun.

Môi trường quy định về FHE khác nhau ở các khu vực khác nhau. Mặc dù quyền riêng tư dữ liệu được hỗ trợ rộng rãi, quyền riêng tư tài chính vẫn là vùng xám. FHE có tiềm năng tăng cường quyền riêng tư dữ liệu, đồng thời duy trì lợi ích xã hội.

Nhìn về tương lai, FHE dự kiến sẽ đạt được tiến bộ đáng kể trong 3-5 năm tới, chuyển từ nghiên cứu lý thuyết sang ứng dụng thực tế. Khi công nghệ trưởng thành, FHE được kỳ vọng sẽ thúc đẩy sự phát triển của các ứng dụng đổi mới trong hệ sinh thái mã hóa.