FHE: Майбутнє обчислень із захистом конфіденційності

FHE( повністю гомоморфне шифрування ) є передовою технологією шифрування, яка дозволяє виконувати обчислення безпосередньо над зашифрованими даними, таким чином обробляючи дані з одночасним захистом конфіденційності. FHE має потенційні застосування в багатьох сферах, таких як фінанси, медицина, хмарні обчислення, машинне навчання тощо, але на сьогоднішній день його комерціалізація ще потребує часу, основними викликами є великі витрати на обчислення та пам'ять.

Основні принципи FHE

Ядром FHE є приховування вихідної інформації за допомогою поліномів. У спрощеній системі FHE процес шифрування включає:

1. Виберіть політику ключів
2. Генерація випадкового多项式
3. Генерувати малий "помилковий" многочлен
4. Зашифруйте відкритий текст за допомогою вказаного вище полінома.

Для розшифровки потрібно знати політику ключа. Введення випадкового шуму може запобігти тому, щоб зловмисники зламали закономірності через повторний ввід.

Щоб реалізувати обчислення будь-якої глибини, FHE використовує такі ключові технології:

• Перемикання ключів: стиснення розміру шифротексту, що зростає експоненційно після кожного множення
• Перемикання модулю: контроль за зростанням шуму
• Bootstrap: скинути шум до початкового рівня

Наразі основні рішення FHE використовують технологію Bootstrap, але все ще стикаються з величезними обчислювальними витратами.

Виклики, з якими стикається FHE

В порівнянні з звичайними обчисленнями, витрати на обчислення FHE можуть бути вищими в мільйони разів. Агенція передових оборонних досліджень Міністерства оборони США (DARPA) запустила програму Dprive, яка має на меті підвищити швидкість обчислень FHE до 1/10 звичайних обчислень. Програма зосереджується на наступних аспектах:

1. Збільшити довжину слова процесора
2. Розробка спеціалізованих ASIC-процесорів
3. Побудова паралельної архітектури MIMD

Хоча прогрес повільний, але FHE все ще має унікальну цінність у захисті чутливих даних, особливо в епоху постквантових технологій.

Застосування FHE в блокчейні

FHE може бути використано для захисту конфіденційності в ланцюгу, конфіденційності даних для навчання ШІ, конфіденційності голосування в ланцюзі тощо. Його також вважають одним з потенційних рішень для MEV, але наразі він все ще стикається з викликами, такими як ефективність та вимоги до вузлів.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

Основні проєкти FHE

• Zama: на основі схеми TFHE побудовано повний стек розробки FHE
• Octra: використовує технологію гиперграфів для реалізації FHE, створив нову мову смарт-контрактів та механізм консенсусу
• Fhenix/Privasea/Inco Network та інші: в основному розробляються на базі бібліотеки Zama

Перспективи на майбутнє

Технологія FHE все ще перебуває на ранній стадії, її розвиток не є таким швидким, як у технології ZK. Але з приходом більшої кількості інвестицій та уваги очікується поява нових проектів та технологічних інновацій у сфері FHE. Впровадження чипів FHE є ключовим для комерціалізації. Незважаючи на виклики, FHE має величезний потенціал у таких сферах, як оборона, фінанси, медицина і може поєднатися з передовими технологіями, такими як квантові обчислення, що призведе до вибухового зростання.