Повністю гомоморфне шифрування: інструмент захисту конфіденційності в епоху ШІ

Нещодавно ринок криптовалют став спокійнішим, що дало нам більше часу для обговорення деяких нових технологій. Хоча ринок криптовалют у 2024 році не є таким бурхливим, як у попередні роки, все ж є кілька нових технологій, що дозрівають, і сьогодні ми обговоримо одну з них: повністю гомоморфне шифрування (Fully Homomorphic Encryption, скорочено FHE).

Щоб зрозуміти цей складний концепт FHE, нам спочатку потрібно зрозуміти, що таке "шифрування", що таке "гомоморфне", а також чому потрібно "повністю".

Шифрування основні концепції

Найпростіший спосіб шифрування, з яким ми всі добре знайомі. Наприклад, якщо Аліса хоче надіслати Бобу таємне повідомлення "1314 520", але потрібно передати його через третю сторону C. Щоб зберегти конфіденційність, Аліса може помножити кожну цифру на 2, перетворивши його на "2628 1040". Боб, отримавши, ділить кожну цифру на 2, і таким чином може розшифрувати оригінальне повідомлення. Це простий метод симетричного шифрування.

Гомоморфне шифрування: прогрес

Тепер припустимо, що Аліса всього 7 років і вміє лише виконувати найосновніші операції множення на 2 та ділення на 2. Їй потрібно обчислити плату за електрику в домі за 12 місяців, по 400 юанів щомісяця, але це перевищує її обчислювальні можливості. Вона не хоче, щоб інші знали конкретну інформацію про плату за електрику, тому вона зашифрувала дані за допомогою множення на 2, щоб C обчислив результат 800 помножити на 24. Після того, як C обчислив 19200, Аліса далі ділить на 4, щоб отримати фактичний борг у 4800 юанів.

Це простий приклад гомоморфного шифрування множення. 800 помножити на 24 насправді є відображенням 400 помножити на 12, форма до і після шифрування залишається такою ж, тому це називається "гомоморфним". Цей метод дозволяє делегувати ненадійним третім сторонам виконання обчислень, одночасно захищаючи чутливі дані від витоку.

Чому потрібне "повністю" гомоморфне шифрування

Однак, проблеми реального світу зазвичай є більш складними. Якщо C зможе зламати початкові дані Alice шляхом перебору, тоді потрібно використовувати більш просунуті методи шифрування.

повністю гомоморфне шифрування має на меті дозволити виконання будь-якої кількості операцій додавання та множення над зашифрованими даними, а не лише обмежитися певними простими операціями. Це дозволяє вирішувати більш складні математичні задачі, одночасно практично повністю усуваючи можливість стороннього спостереження за вихідними даними завдяки багаторазовому шифруванню.

До 2009 року технологія гомоморфного шифрування подолала обмеження, які підтримували лише "часткове гомоморфне шифрування". Нові ідеї, запропоновані Гентрі та іншими науковцями, відкрили шлях до повністю гомоморфного шифрування.

Сценарії застосування повністю гомоморфного шифрування

Одним із важливих сценаріїв застосування технології FHE є сфера штучного інтелекту. Штучний інтелект потребує великої кількості даних для навчання, але багато даних мають високу чутливість. FHE може обробляти зашифровані дані, захищаючи при цьому конфіденційність даних.

Конкретніше, користувачі можуть:

1. Зашифруйте чутливі дані за допомогою повністю гомоморфного шифрування
2. Надати зашифровані дані ШІ для обчислень
3. AI повертає зашифрований результат

Користувачі потім можуть безпечно розшифровувати результати на місцевому рівні, використовуючи потужність штучного інтелекту, не розкриваючи при цьому вихідні дані.

Цей метод особливо підходить для несупервізованих AI-систем, оскільки вони за своєю суттю обробляють векторні дані і не потребують розуміння конкретного значення вхідних даних.

Важливість FHE в епоху ШІ

З поширенням технологій штучного інтелекту питання конфіденційності даних і безпеки стають все більш важливими. Від розблокування особистого телефону за допомогою обличчя до захисту розвідки на рівні держави, технологія FHE може стати життєво важливим інструментом захисту конфіденційності.

Однак реальні застосування повністю гомоморфного шифрування (FHE) все ще стикаються з викликами, головним чином через те, що воно потребує величезних обчислювальних ресурсів. Деякі проєкти намагаються вирішити цю проблему, створюючи спеціалізовані мережі обчислювальної потужності.

Якщо технологія FHE зможе бути широко застосована в галузі ШІ, це значно сприятиме розвитку ШІ, одночасно зменшуючи побоювання людей щодо конфіденційності даних. В цю інформаційну епоху FHE може стати останнім рубежем захисту конфіденційності даних особи та організацій.