FHE, ZK e MPC: Comparação de Profundidade entre Três Tecnologias de encriptação

No campo da encriptação, a encriptação totalmente homomórfica (FHE), a prova de conhecimento zero (ZK) e a computação segura multipartidária (MPC) são três tecnologias avançadas que têm chamado muita atenção. Cada uma delas se destina a diferentes cenários de aplicação, oferecendo soluções únicas para a privacidade e segurança dos dados. Este artigo irá comparar detalhadamente as características, o funcionamento e as aplicações dessas três tecnologias no domínio da blockchain.

Prova de Conhecimento Zero (ZK): provar sem revelar

A questão central que a tecnologia de provas de conhecimento zero resolve é: como verificar a veracidade de uma informação sem revelar quaisquer informações específicas. ZK é baseada em fundamentos rigorosos de encriptação, permitindo que uma parte (provador) prove a outra parte (verificador) a veracidade de uma afirmação, sem revelar qualquer informação além da veracidade dessa afirmação.

Por exemplo, suponha que alguém precise provar à empresa de aluguer de carros que tem uma boa situação de crédito, mas não queira fornecer detalhes do extrato bancário. Neste caso, o "ponto de crédito" fornecido pelo banco ou pela plataforma de pagamento pode ser considerado uma forma de prova de conhecimento nulo. O cliente consegue provar que a sua pontuação de crédito está dentro dos padrões, sem ter que mostrar informações financeiras específicas.

Num caso típico de aplicação da blockchain, a tecnologia ZK é uma moeda encriptada anónima. Por exemplo, quando os utilizadores realizam uma transferência, precisam de provar que têm saldo suficiente para concluir a transação, mantendo ao mesmo tempo o anonimato. Ao gerar uma prova ZK, os utilizadores podem demonstrar a validade da transação à rede, enquanto os mineradores ou validadores podem confirmar a legalidade da transação sem conhecer a identidade das partes envolvidas ou o montante específico.

Cálculo Seguro Multi-Party (MPC): Cálculo conjunto sem revelação

A tecnologia de computação segura multipartidária é principalmente utilizada para resolver como permitir que múltiplos participantes realizem cálculos conjuntos de forma segura, sob a premissa de proteger as informações sensíveis de cada parte. A MPC permite que vários participantes colaborem para completar uma tarefa de cálculo, mas cada participante não pode conhecer os dados de entrada dos outros.

Um cenário clássico de aplicação de MPC é calcular o salário médio de várias pessoas sem revelar o salário específico de cada um. Os participantes podem dividir seus dados salariais em várias partes e trocar parte dos dados com outras pessoas. Ao somar os dados recebidos e compartilhar os resultados, pode-se calcular a média, mas ninguém pode saber o salário exato dos outros.

No campo das criptomoedas, a tecnologia MPC é amplamente utilizada na segurança das carteiras. Por exemplo, algumas plataformas de negociação lançaram carteiras MPC que dividem a chave privada em várias partes, mantidas pelos dispositivos dos usuários, armazenamento em nuvem e pela plataforma. Essa abordagem não apenas aumenta a segurança, mas também oferece aos usuários uma solução de recuperação de ativos mais conveniente.

Encriptação Homomórfica Total (FHE): Cálculo de Outsourcing encriptado

A tecnologia de encriptação totalmente homomórfica resolve o problema de: como encriptar dados sensíveis de forma que terceiros possam realizar operações de cálculo sobre os dados sem os decifrar, e ainda assim, o resultado possa ser corretamente decifrado pelo proprietário dos dados originais. FHE permite a execução de operações de cálculo arbitrárias em dados encriptados, sem afetar a correção do resultado após a decifração.

Na prática, a FHE permite que os proprietários de dados entreguem dados encriptados a terceiros não confiáveis para processamento, sem se preocupar com a divulgação de dados. Por exemplo, ao processar registros médicos ou informações financeiras pessoais em um ambiente de computação em nuvem, a FHE garante que os dados permaneçam sempre encriptados durante todo o processo de processamento, protegendo assim a segurança dos dados e cumprindo os requisitos das regulamentações de privacidade.

No campo da blockchain, a tecnologia FHE tem o potencial de resolver alguns problemas existentes em redes PoS (Proof of Stake). Por exemplo, em algumas pequenas redes PoS, os nós de validação podem tender a adotar diretamente os resultados de validação de grandes nós, em vez de realizar a validação de transações de forma independente, o que pode levar à centralização da rede. Ao utilizar a tecnologia FHE, os nós podem completar a validação de blocos sem conhecer os resultados de validação de outros nós, mantendo assim a característica de descentralização da rede.

Além disso, a FHE também pode ser aplicada em sistemas de votação descentralizados, prevenindo a influência mútua dos eleitores ou o voto em bloco, garantindo que os resultados da votação reflitam melhor a verdadeira opinião pública.

Comparação Técnica

Embora ZK, MPC e FHE visem proteger a privacidade e segurança dos dados, existem diferenças significativas nos cenários de aplicação e na complexidade técnica:

1. Aplicação Focada:

   • ZK foca em "como provar", aplicável a cenários que exigem verificação de permissões ou identidade.
   • MPC foca em "como calcular", aplicável a situações em que múltiplas partes precisam calcular em conjunto, mas desejam proteger a privacidade de seus próprios dados.
   • FHE centra-se em "como encriptar", aplicando-se a cenários que necessitam de cálculos complexos mantendo os dados em estado de encriptação.

2. Complexidade técnica:

   • A implementação de ZK requer profundidade em matemática e habilidades de programação, sendo desafiador projetar protocolos eficazes e fáceis de implementar.
   • A MPC precisa resolver problemas de sincronização e eficiência de comunicação na sua implementação, especialmente em casos onde há muitos participantes.
   • A FHE enfrenta enormes desafios de eficiência computacional, embora seja teoricamente muito atraente, a aplicação prática ainda é limitada pela alta complexidade computacional e pelos custos de tempo.

Essas três tecnologias estão em constante desenvolvimento, oferecendo ferramentas poderosas para a segurança dos dados e a proteção da privacidade pessoal. Com o avanço da tecnologia e a expansão dos cenários de aplicação, elas desempenharão papéis cada vez mais importantes no futuro do mundo digital.