FHE: Будущее вычислений с сохранением конфиденциальности

FHE( Полностью гомоморфное шифрование ) — это передовая криптографическая технология, которая позволяет выполнять вычисления непосредственно на зашифрованных данных, обеспечивая при этом защиту конфиденциальности. FHE имеет потенциальные приложения в таких областях, как финансы, здравоохранение, облачные вычисления, машинное обучение и т. д., но коммерциализация все еще требует времени, а основными проблемами являются его огромные вычислительные и памятьные затраты.

Основные принципы FHE

Основой FHE является скрытие исходной информации с помощью многочленов. В упрощенной системе FHE процесс шифрования включает:

1. Выберите многочлен ключа
2. Генерация случайного многочлена
3. Генерация малых "ошибочных" многочленов
4. Защитите открытый текст с использованием вышеупомянутого полинома.

Для расшифровки необходимо знать полином ключа. Введение случайного шума может предотвратить атаки, позволяя злоумышленникам выявлять закономерности через повторные входы.

Для достижения вычислений произвольной глубины, FHE использует следующие ключевые технологии:

• Переключение ключа: сжатие размера зашифрованного текста, который экспоненциально увеличивается после каждого умножения
• Модуляция переключения: контроль за ростом шума
• Bootstrap: сбросить шум до начального уровня

В настоящее время основные схемы FHE используют технологию Bootstrap, но по-прежнему сталкиваются с огромными вычислительными затратами.

Проблемы, с которыми сталкивается FHE

По сравнению с обычными вычислениями, вычислительные затраты FHE могут достигать сотен миллионов раз. Высшая исследовательская служба Министерства обороны США ( DARPA ) запустила программу Dprive, целью которой является увеличение скорости вычислений FHE до 1/10 от обычных вычислений. Программа сосредоточена на следующих аспектах:

1. Увеличение разрядности процессора
2. Разработка специализированных ASIC-процессоров
3. Построение параллельной архитектуры MIMD

Хотя продвижение медленное, FHE все же обладает уникальной ценностью в защите чувствительных данных, особенно в постквантовую эпоху.

Применение FHE в блокчейне

FHE может быть использован для защиты конфиденциальности данных на блокчейне, конфиденциальности данных для обучения ИИ, конфиденциальности голосования на блокчейне и т.д. Он также рассматривается как одно из потенциальных решений для MEV, но в настоящее время все еще сталкивается с такими проблемами, как эффективность и требования к узлам.

Основные проекты FHE

• Zama: на основе схемы TFHE разработан полный стек разработки FHE
• Octra: использует технологии гипер графов для реализации FHE, разработала новый язык смарт-контрактов и механизм консенсуса
• Fhenix/Privasea/Inco Network и другие: в основном разработаны на базе библиотеки Zama

Будущие перспективы

Технология FHE все еще находится на ранней стадии, развитие которой не так быстрое, как у технологии ZK. Однако с увеличением финансирования и внимания ожидается появление большего количества проектов и технологических инноваций в области FHE. Реализация FHE-микросхем является ключом к коммерциализации. Несмотря на существующие вызовы, FHE все еще имеет огромный потенциал в таких областях, как оборона, финансы, медицина, и ожидается, что она будет сочетаться с передовыми технологиями, такими как квантовые вычисления, что приведет к моменту взрыва.