Mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE: Công cụ bảo vệ quyền riêng tư trong thời đại AI

Gần đây, mặc dù thị trường mã hóa không có nhiều biến động, nhưng một số công nghệ mới nổi đang dần trưởng thành. Trong số đó, mã hóa đồng cấu hoàn toàn (Fully Homomorphic Encryption, viết tắt là FHE) là một lĩnh vực đáng chú ý. Vào tháng 5 năm nay, người sáng lập Ethereum, V thần, đã đặc biệt công bố một bài viết về FHE, gây ra nhiều cuộc thảo luận rộng rãi trong ngành.

Để hiểu khái niệm phức tạp FHE này, chúng ta cần bắt đầu từ cơ sở, hiểu "mã hóa", "đồng cấu", và tại sao lại cần "toàn bộ".

Mã hóa các khái niệm cơ bản

Cách mã hóa đơn giản nhất mà chúng ta đều quen thuộc. Ví dụ, Alice muốn gửi cho Bob một số bí mật "1314 520", nhưng không muốn bên thứ ba biết nội dung. Cô ấy có thể áp dụng một quy tắc mã hóa đơn giản: nhân mỗi số với 2. Như vậy, thông tin được truyền đi sẽ trở thành "2628 1040". Khi Bob nhận được, chỉ cần chia mỗi số cho 2, anh ấy có thể giải mã thông tin gốc. Đây là một quy trình mã hóa đối xứng cơ bản.

Mã hóa đồng cấu có đặc điểm

Mã hóa đồng cấu thì tiến xa hơn. Giả sử Alice chỉ biết các phép toán cơ bản là nhân 2 và chia 2, nhưng cô ấy cần tính một khoản tiền điện phức tạp: 400 nhân dân tệ mỗi tháng, nợ 12 tháng. Alice không thể thực hiện phép nhân phức tạp như vậy, nhưng cô ấy không muốn cho người khác biết số tiền cụ thể. Vì vậy, cô ấy có thể làm như sau: nhân 400 với 2 thành 800, nhân 12 với 2 thành 24, rồi nhờ một người tính toán đáng tin cậy giúp cô ấy tính 800 nhân 24. Sau khi người tính toán đưa ra kết quả là 19200, Alice chia 2 hai lần, cô ấy sẽ có được câu trả lời chính xác là 4800 nhân dân tệ.

Đây là một ví dụ đơn giản về mã hóa đồng cấu phép nhân. Nó cho phép thực hiện các phép toán trên dữ liệu đã mã hóa mà không cần giải mã. Phương pháp này cho phép ủy thác cho bên thứ ba không đáng tin cậy thực hiện tính toán, đồng thời bảo vệ sự an toàn của dữ liệu nhạy cảm.

Mã hóa đồng cấu hoàn toàn cần thiết

Tuy nhiên, mã hóa đồng cấu đơn giản có những hạn chế. Ví dụ, nếu người tính toán đủ thông minh, họ có thể giải mã dữ liệu gốc bằng phương pháp thử và sai. Điều này đòi hỏi một phương pháp mã hóa phức tạp hơn, tức là mã hóa đồng cấu hoàn toàn.

Mã hóa đồng cấu hoàn toàn cho phép thực hiện bất kỳ số lần phép cộng và phép nhân nào trên dữ liệu mã hóa, chứ không chỉ giới hạn ở các phép toán cụ thể. Điều này làm tăng đáng kể độ khó trong việc phá vỡ mã, khiến cho ngay cả các phép toán đa thức phức tạp cũng có thể được thực hiện trong điều kiện bảo vệ quyền riêng tư.

Mã hóa đồng cấu hoàn toàn đến năm 2009 mới đạt được bước tiến đột phá. Những ý tưởng mới do Gentry và các học giả khác đưa ra đã mở ra những khả năng mới cho công nghệ này.

Ứng dụng của Mã hóa đồng cấu hoàn toàn trong lĩnh vực AI

Công nghệ FHE có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực AI. Như chúng ta đã biết, các hệ thống AI mạnh mẽ cần một lượng lớn dữ liệu để huấn luyện, nhưng nhiều dữ liệu lại có tính nhạy cảm cao. FHE có thể giải quyết mâu thuẫn này rất tốt:

1. Mã hóa dữ liệu nhạy cảm bằng phương pháp mã hóa đồng cấu hoàn toàn
2. Sử dụng dữ liệu đã được mã hóa để đào tạo mô hình AI
3. AI xuất mã hóa kết quả

Mô hình AI không giám sát có thể xử lý trực tiếp những dữ liệu mã hóa này, vì đối với chúng, đầu vào về bản chất chỉ là vector. Trong khi đó, chủ sở hữu dữ liệu có thể giải mã kết quả một cách an toàn tại chỗ. Điều này đã đạt được mục tiêu sử dụng sức mạnh tính toán mạnh mẽ của AI trong khi bảo vệ quyền riêng tư.

Ví dụ về dự án mã hóa đồng cấu hoàn toàn

Hiện tại đã có nhiều dự án đang khám phá công nghệ mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE), chẳng hạn như Zama, Mind Network, Fhenix, v.v. Lấy một dự án được đầu tư bởi một nền tảng giao dịch làm ví dụ, dự án này đã đưa ra một tình huống ứng dụng thú vị: nhận diện khuôn mặt. Thông qua công nghệ mã hóa đồng cấu hoàn toàn, có thể xác định xem đó có phải là người thật mà không cần tiếp xúc với dữ liệu khuôn mặt gốc.

Tuy nhiên, tính toán FHE cần hỗ trợ sức mạnh tính toán lớn. Do đó, dự án này đã đề xuất một kiến trúc mạng kết hợp PoW và PoS để giải quyết vấn đề sức mạnh tính toán. Gần đây, họ cũng đã ra mắt phần cứng khai thác chuyên dụng và một loại NFT đặc biệt "chứng nhận công việc", cố gắng cung cấp động lực sức mạnh tính toán trong khi tránh rủi ro quản lý.

Tầm quan trọng của FHE

Nếu AI có thể ứng dụng quy mô lớn công nghệ mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE), điều này sẽ giảm bớt đáng kể áp lực hiện tại về an toàn dữ liệu và bảo vệ quyền riêng tư. Từ an ninh quốc gia đến quyền riêng tư cá nhân, FHE có thể trở thành một phương tiện bảo vệ quan trọng.

Trong kỷ nguyên AI sắp tới, sự trưởng thành của công nghệ FHE có thể trở thành hàng rào cuối cùng bảo vệ quyền riêng tư của con người. Dù là trong ứng dụng thương mại hay lĩnh vực nghiên cứu, FHE dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng trong tương lai.