Tamamen homomorfik şifreleme: Prensip Tanıtımı ve Uygulama Senaryoları

Geleneksel şifreleme yöntemleri esas olarak statik şifreleme ve iletim şifrelemesini içerir. Statik şifreleme, verileri şifreleyip donanım cihazında saklar, yalnızca yetkilendirilmiş kişiler verileri deşifreleyip görüntüleyebilir. İletim şifrelemesi ise ağ üzerinden iletilen verilerin yalnızca belirlenen alıcı tarafından yorumlanmasını sağlar. Bu iki yöntem de şifreleme algoritmalarına dayanır ve veri bütünlüğünü sağlamak için kimlik doğrulama şifrelemesi kullanır.

Ancak, bazı çok taraflı işbirliği senaryoları, şifreli verilerin karmaşık bir şekilde işlenmesini gerektirir; bu, gizlilik koruma teknolojilerini içerir. Bunlar arasında tamamen homomorfik şifreleme (FHE) önemli bir çözümdür. Çevrimiçi oylama örneğinde olduğu gibi, geleneksel şifreleme yöntemleri seçmenlerin gizliliğini korurken doğru oy sayımını gerçekleştirmekte zorluk çekmektedir. FHE teknolojisi, şifreli veriler üzerinde doğrudan fonksiyon hesaplamaları yapmaya olanak tanır ve böylece gizliliği korur.

FHE sistemi genellikle aşağıdaki anahtarları içerir:

1. Şifre çözme anahtarı: Sistemin ana anahtarı, FHE şifreli verilerini çözmek için kullanılır, yalnızca sahibi tarafından saklanır.

2. Şifreleme anahtarı: Açık metni şifreli metne dönüştürmek için kullanılır, açık anahtar şifreleme modunda kamuya açıktır.

3. Anahtar Hesaplama: Şifreli veriler üzerinde homomorfik işlemler yapmak için kullanılır, kamuya açık olabilir ancak şifreli verileri kırmak için kullanılamaz.

FHE'nin tipik uygulama senaryoları şunlardır:

1. Dış kaynak kullanımı modeli: Hesaplama görevlerini bulut hizmet sağlayıcılarına devrederek veri gizliliğini koruyun.

2. Tarafların hesaplama modeli: Taraflar, birbirlerinin özel verilerini ifşa etmeden ortak bir hesaplama yaparlar.

3. Birleştirme Modu: Birden fazla veriyi kompakt ve doğrulanabilir bir şekilde birleştirir, federatif öğrenme gibi senaryolar için uygundur.

4. İstemci-Sunucu Modu: Sunucu, birden fazla bağımsız istemciye özel hesaplama hizmetleri sağlar, örneğin özel AI model hesaplamaları.

FHE'nin güvenliği şifreleme algoritmalarına dayanır, donanım güvenliğine bağımlı değildir. Hesaplama sonuçlarının geçerliliğini sağlamak için, yedek hesaplama, dijital imza gibi yöntemler kullanılabilir. Birden fazla tarafın katıldığı senaryolarda, genellikle gizli paylaşım gibi teknikler kullanılarak şifre çözme anahtarının yönetimi sağlanır ve sistemin genel güvenliği artırılır.

FHE, şu anda homomorfik hesaplama kaynak tüketiminin orijinal görevle doğru orantılı olmasını garanti eden tek çözümdür. Ancak FHE, gürültü birikimiyle ilgili teknik zorluklarla da karşı karşıyadır ve gürültü seviyesini kontrol etmek için kendi kendine önyükleme işlemleri gerektirir. Araştırmaların derinleşmesi ve özel donanımın geliştirilmesiyle, FHE'nin daha fazla gizlilik hesaplama senaryosunda uygulanması beklenmektedir.