FHE و ZK و MPC: مقارنة عميقة بين ثلاث تقنيات التشفير

في مجال التشفير، يعتبر التشفير المتجانس بالكامل (FHE) وإثبات المعرفة الصفرية (ZK) والحساب الآمن متعدد الأطراف (MPC) ثلاث تقنيات متقدمة تحظى باهتمام كبير. كل منها تستهدف سيناريوهات تطبيق مختلفة، وتوفر حلولًا فريدة لخصوصية البيانات وأمانها. ستقوم هذه المقالة بمقارنة مفصلة لخصائص هذه التقنيات الثلاث، وآلية عملها، وتطبيقاتها في مجال blockchain.

إثبات المعرفة الصفرية (ZK): إثبات دون تسريب

تتمثل المشكلة الأساسية التي تحلها تقنية إثبات المعرفة الصفرية في: كيفية التحقق من صحة معلومات معينة دون الكشف عن أي معلومات محددة. تعتمد ZK على أساس رياضي صارم، مما يسمح لطرف واحد (المدعي) بإثبات صحة بيان ما لطرف آخر (المدقق) دون الحاجة إلى الكشف عن أي معلومات أخرى بخلاف صحة هذا البيان.

على سبيل المثال، افترض أن هناك شخصًا يحتاج إلى إثبات وضعه الائتماني الجيد لشركة تأجير السيارات، لكنه لا يريد تقديم تفاصيل تفاصيل الحساب المصرفي. في هذه الحالة، يمكن اعتبار "درجة الائتمان" التي تقدمها البنوك أو منصات الدفع بمثابة نوع من إثبات المعرفة الصفري. يمكن للعميل إثبات أن تقييمه الائتماني يتوافق دون الحاجة إلى عرض معلومات مالية محددة.

في تطبيقات blockchain، تعتبر تقنية ZK حالة نموذجية للعملات الرقمية المجهولة. على سبيل المثال، عندما يقوم المستخدمون بإجراء تحويل، يحتاجون إلى إثبات أنهم يمتلكون رصيدًا كافيًا لإكمال المعاملة مع الحفاظ على هويتهم مجهولة. من خلال إنشاء إثباتات ZK، يمكن للمستخدمين إثبات صحة المعاملة للشبكة، بينما لا يحتاج المعدنون أو المدققون إلى معرفة هوية الطرفين المعنيين أو المبلغ المحدد لتأكيد شرعية المعاملة.

حساب آمن متعدد الأطراف (MPC): حساب مشترك دون تسريب

تستخدم تقنية الحساب الآمن متعدد الأطراف بشكل أساسي لحل كيفية إجراء حسابات مشتركة بأمان بين عدة مشاركين مع حماية المعلومات الحساسة لكل طرف. تتيح تقنية MPC للعديد من الأطراف التعاون في إتمام مهمة حسابية، ولكن لا يمكن لأي مشارك معرفة بيانات الإدخال الخاصة بالآخرين.

أحد السيناريوهات الكلاسيكية لتطبيقات MPC هو حساب متوسط رواتب عدة أشخاص دون الكشف عن راتب كل شخص على حدة. يمكن للمشاركين تقسيم بيانات رواتبهم إلى عدة أجزاء وتبادل بعض البيانات مع الآخرين. من خلال جمع البيانات المستلمة ومشاركة النتائج، يمكن حساب المتوسط النهائي، لكن لا يمكن لأي شخص معرفة الراتب الدقيق للآخرين.

في مجال العملات المشفرة، يتم استخدام تقنية MPC على نطاق واسع في أمان المحافظ. على سبيل المثال، تقوم بعض منصات التداول بإطلاق محافظ MPC التي تقسم المفاتيح الخاصة إلى عدة أجزاء، يتم الاحتفاظ بها بواسطة أجهزة المستخدم، والتخزين السحابي، والمنصة. هذه الطريقة لا تعزز الأمان فحسب، بل توفر أيضًا للمستخدمين خطة استرداد أصول أكثر ملاءمة.

التشفير المتجانس الكامل (FHE): حساب خارجي مشفر

التشفير الشامل هو التقنية التي تحل المشكلة التالية: كيفية تشفير البيانات الحساسة بحيث يمكن لطرف ثالث إجراء عمليات حسابية على البيانات دون فك تشفيرها، بينما لا يزال بإمكان مالك البيانات الأصلي فك تشفير النتائج بشكل صحيح. يسمح FHE بإجراء أي عمليات حسابية على البيانات المشفرة دون التأثير على صحة النتائج بعد فك التشفير.

في التطبيقات العملية، يمكن أن يسمح FHE لمالكي البيانات بتسليم البيانات المشفرة إلى طرف ثالث غير موثوق به للمعالجة، دون القلق بشأن تسرب البيانات. على سبيل المثال، عند معالجة السجلات الطبية أو المعلومات المالية الشخصية في بيئة الحوسبة السحابية، يمكن أن يضمن FHE أن تظل البيانات مشفرة طوال عملية المعالجة، مما يحمي أمان البيانات ويتوافق مع متطلبات لوائح الخصوصية.

في مجال blockchain، من المتوقع أن تعمل تقنية FHE على حل بعض المشاكل الموجودة في شبكات PoS (إثبات الحصة). على سبيل المثال، في بعض شبكات PoS الصغيرة، قد تميل عقد التحقق إلى اعتماد نتائج التحقق من العقد الكبيرة مباشرة، بدلاً من إجراء التحقق من المعاملات بشكل مستقل، مما قد يؤدي إلى مركزية الشبكة. من خلال استخدام تقنية FHE، يمكن للعقد إكمال تحقق الكتلة دون معرفة نتائج التحقق من العقد الأخرى، مما يحافظ على خصائص اللامركزية في الشبكة.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام FHE في أنظمة التصويت اللامركزية، لمنع تأثير الناخبين على بعضهم البعض أو التصويت بمتابعة، وضمان أن تعكس نتائج التصويت الرأي العام الحقيقي بشكل أفضل.

مقارنة تقنية

على الرغم من أن ZK و MPC و FHE تهدف جميعها إلى حماية خصوصية البيانات وأمانها، إلا أن هناك اختلافات كبيرة في سيناريوهات التطبيق وتعقيد التقنية:

1. النقاط الرئيسية للتطبيق:

   • ZK تركز على "كيفية الإثبات"، وهي مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب التحقق من الأذونات أو الهوية.
   • تركز MPC على "كيفية الحساب"، وهي مناسبة للحالات التي تحتاج فيها الأطراف المتعددة إلى الحساب المشترك ولكن مع حماية خصوصية بياناتها.
   • تركز FHE على "كيفية التشفير"، وهي مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب إجراء حسابات معقدة مع الحفاظ على حالة البيانات المشفرة.

2. تعقيد التكنولوجيا:

   • يتطلب تنفيذ ZK العمق في المهارات الرياضية وبرمجة، وتصميم بروتوكولات فعالة وسهلة التنفيذ يمثل تحديًا.
   • يجب معالجة مشكلات التزامن وكفاءة الاتصال عند تنفيذ MPC، خاصة في حالات وجود عدد كبير من المشاركين.
   • تواجه FHE تحديات هائلة في كفاءة الحساب، على الرغم من أنها جذابة من الناحية النظرية، إلا أن التطبيق العملي لا يزال مقيدًا بالتعقيد الحسابي العالي وتكاليف الوقت.

تتطور هذه التقنيات الثلاثة بشكل مستمر، مما يوفر أدوات قوية لأمان البيانات وحماية الخصوصية الشخصية. مع تقدم التكنولوجيا وتوسع تطبيقاتها، ستلعب دورًا متزايد الأهمية في عالم الرقمية في المستقبل.