FHE:Криптографія领域的隐身衣

FHE( повна гомоморфна криптографія ) є передовою технологією шифрування, яка дозволяє безпосередньо виконувати обчислення над даними у зашифрованому стані. Це означає, що можна аналізувати та обробляти дані, захищаючи при цьому конфіденційність. FHE має потенційні сфери застосування в фінансовій, медичній, хмарній обчислювальній, машинному навчанні та багатьох інших галузях. Однак через великі обчислювальні та пам'ятникові витрати, комерційні застосування все ще стикаються з викликами.

Основні принципи FHE

Основою FHE є приховування первісної інформації за допомогою поліномів. Спрощений процес шифрування FHE виглядає наступним чином:

1. Виберіть багатоціфровий ключ s(x)
2. Згенеруйте випадковий многочлен a(x)
3. Згенерувати малий поліном "шуму" e(x)
4. Криптографічна інформація m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Під час розшифрування, лише знаючи ключ s(x), можна відновити первинну інформацію m з c(x).

Введення шуму e(x) спрямоване на підвищення безпеки, але одночасно викликає проблему накопичення шуму. Щоб вирішити цю проблему, FHE застосував кілька технологій:

• Ключове перемикання: стиснення розміру криптограм
• Modulus Switching: зменшення шуму
• Bootstrap: скидання шуму до початкового рівня

Наразі основні схеми FHE використовують технологію Bootstrap, але обчислювальні витрати все ще дуже великі.

Виклики, з якими стикається FHE

Найбільшим викликом FHE є ефективність обчислень. У порівнянні зі звичайними обчисленнями, обчислювальні витрати FHE в кілька разів вищі. Програма Dprive від DARPA США була створена для вирішення цієї проблеми, мета якої полягає в тому, щоб підвищити швидкість обчислень FHE до 1/10 від звичайних обчислень.

Основні напрямки оптимізації включають:

• Збільшити довжину слова процесора
• Розробка спеціалізованих ASIC процесорів
• Використання паралельної архітектури MIMD

Хоча прогрес повільний, проте в довгостроковій перспективі FHE має унікальну цінність у захисті чутливих даних, особливо в постквантову епоху.

Застосування FHE у блокчейні

FHE в галузі блокчейну головним чином використовується для захисту конфіденційності даних, включаючи:

• Захист конфіденційності в блокчейні
• Конфіденційність даних для навчання ШІ
• Приватність голосування на блокчейні
• Приватний аудит транзакцій в ланцюзі
• Потенційні рішення MEV

Але також стикається з викликами, такими як підвищення вимог до ефективності та вузлів.

Основні проекти FHE

Наразі основні проекти FHE включають:

• Zama: надає інструменти для розробки на основі TFHE
• Fhenix: побудова мережі L2 з пріоритетом на конфіденційність
• Privasea: Застосування FHE для LLM
• Inco Network: побудова L1 мережі FHE
• Arcium: об'єднання FHE, MPC і ZK технологій
• Mind Network: рішення для повторного ставлення на основі FHE
• Octra: використовує технологію гіперграфів для реалізації FHE

Перспективи майбутнього

Технологія FHE все ще перебуває на ранній стадії та стикається з багатьма викликами:

• Низька ефективність, високі витрати
• Висока складність реалізації проекту
• Невизначеність комерційних перспектив
• Брак капітальних вкладень

Але з появою спеціалізованих чіпів і збільшенням вливання коштів, FHE може принести революцію в таких сферах, як оборона, фінанси, медицина. Це відкриє потенціал для поєднання приватних даних з майбутніми квантовими алгоритмами, що призведе до нових можливостей розвитку.