FHE: Con đường tương lai của tính toán riêng tư

FHE( mã hóa toàn phương thức ) là một công nghệ mã hóa tiên tiến, cho phép thực hiện các phép toán trực tiếp trên dữ liệu đã mã hóa, từ đó xử lý dữ liệu trong khi bảo vệ quyền riêng tư. FHE có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực tài chính, y tế, điện toán đám mây, học máy, nhưng hiện tại việc thương mại hóa vẫn cần thời gian, thách thức chính nằm ở chi phí tính toán và bộ nhớ lớn.

Nguyên lý cơ bản của FHE

Cốt lõi của FHE là ẩn thông tin gốc thông qua đa thức. Trong hệ thống FHE đơn giản, quá trình mã hóa bao gồm:

1. Chọn đa thức khóa
2. Sinh đa thức ngẫu nhiên
3. Tạo đa thức "lỗi" nhỏ
4. Kết hợp văn bản rõ ràng với đa thức đã nêu trên để mã hóa

Để giải mã, cần biết đa thức khóa. Việc đưa vào tiếng ồn ngẫu nhiên có thể ngăn chặn kẻ tấn công phá vỡ quy luật thông qua việc nhập lại.

Để thực hiện tính toán với độ sâu tùy ý, FHE đã sử dụng các công nghệ then chốt sau:

• Chuyển đổi khóa: Nén kích thước văn bản mã hóa tăng theo lũy thừa sau mỗi phép nhân.
• Chuyển đổi mô-đun: kiểm soát sự gia tăng tiếng ồn
• Bootstrap: Đặt lại độ ồn về mức ban đầu

Hiện tại, các giải pháp FHE chủ đạo đều áp dụng công nghệ Bootstrap, nhưng vẫn phải đối mặt với chi phí tính toán khổng lồ.

Những thách thức mà FHE phải đối mặt

So với tính toán thông thường, chi phí tính toán của FHE có thể cao gấp hàng triệu lần. Cơ quan Nghiên cứu Phòng thủ Tiên tiến của Mỹ (DARPA) đã khởi động chương trình Dprive, nhằm nâng cao tốc độ tính toán FHE lên tới 1/10 so với tính toán thông thường. Chương trình chủ yếu tập trung vào các khía cạnh sau:

1. Tăng kích thước từ của bộ xử lý
2. Phát triển bộ xử lý ASIC chuyên dụng
3. Xây dựng kiến trúc song song MIMD

Mặc dù tiến triển chậm, nhưng FHE vẫn có giá trị độc đáo trong việc bảo vệ dữ liệu nhạy cảm, đặc biệt là trong thời đại hậu lượng tử.

Ứng dụng của FHE trong blockchain

FHE có thể được sử dụng để bảo vệ quyền riêng tư trên chuỗi, quyền riêng tư dữ liệu đào tạo AI, quyền riêng tư bỏ phiếu trên chuỗi, v.v. Nó cũng được coi là một trong những giải pháp tiềm năng cho MEV, nhưng hiện tại vẫn đối mặt với những thách thức như hiệu suất và yêu cầu về nút.

Dự án FHE chính

• Zama: Dựa trên giải pháp TFHE, đã xây dựng một ngăn xếp phát triển FHE hoàn chỉnh.
• Octra: Sử dụng công nghệ hypergraphs để thực hiện FHE, xây dựng ngôn ngữ hợp đồng thông minh và cơ chế đồng thuận mới.
• Fhenix/Privasea/Inco Network v.v: Phát triển chủ yếu dựa trên thư viện Zama

Triển vọng tương lai

Công nghệ FHE vẫn đang ở giai đoạn đầu, phát triển không bằng công nghệ ZK. Tuy nhiên, với sự đổ vào của nhiều vốn và sự chú ý, dự kiến sẽ có nhiều dự án và đổi mới công nghệ FHE hơn. Việc triển khai chip FHE là chìa khóa cho thương mại hóa. Mặc dù đối mặt với nhiều thách thức, FHE vẫn có tiềm năng to lớn trong các lĩnh vực quốc phòng, tài chính, y tế, và hy vọng sẽ kết hợp với các công nghệ tiên tiến như điện toán lượng tử, để đón nhận thời điểm bùng nổ.