التشفير المتماثل بالكامل: نظرة عامة وتطبيقات

التشفير المتماثل بالكامل(FHE) هو نوع خاص من التشفير، يسمح بإجراء حسابات على النص المشفر مباشرة دون الحاجة إلى فك التشفير، مما يحمي الخصوصية. على عكس التشفير الثابت التقليدي والتشفير أثناء النقل، يمكن لـ FHE تنفيذ معالجة معقدة على النص المشفر، وهو أمر مفيد بشكل خاص في سيناريوهات حماية الخصوصية في التعاون متعدد الأطراف.

تطبيق نموذجي لـ FHE هو نظام التصويت عبر الإنترنت. يمكن للناخبين تقديم أصواتهم المشفرة إلى كيان وسيط، والذي يمكنه إحصاء الأصوات دون فك تشفيرها، وأخيرًا الإعلان عن النتيجة النهائية فقط. هذا يتجنب المشكلة التي تتطلب من الوسيط في الحلول التقليدية فك تشفير جميع بطاقات الاقتراع لإجراء الإحصاء، وبالتالي يحمي خصوصية التصويت بشكل أفضل.

في نظام FHE، فإن دالة التشفير وعملية الحساب مكشوفة، لكن بيانات الإدخال ونتائج الإخراج مشفرة. فقط من يمتلك مفتاح فك التشفير يمكنه الحصول على المعلومات النصية. FHE هو مخطط تشفير مضغوط، حيث يرتبط حجم النص المشفر وتعقيد فك التشفير فقط بالمدخلات الأصلية، ولا يعتمد على درجة تعقيد عملية الحساب.

عادةً ما تتضمن FHE الأنواع التالية من المفاتيح:

1. مفتاح فك التشفير: المفتاح الرئيسي للنظام، يُستخدم لفك تشفير نصوص FHE المشفرة، وعادةً ما يحتفظ به المستخدم محليًا.

2. مفتاح التشفير: يستخدم لتحويل النص العادي إلى نص مشفر، ويمكن نشره في وضع المفتاح العام.

3. حساب المفتاح: يستخدم لإجراء العمليات المتماثلة على النص المشفر، ويمكن أن يكون عامًا أيضًا.

تتضمن الأنماط الرئيسية لاستخدام التشفير المتماثل بالكامل:

1. نموذج الاستعانة بمصادر خارجية: يتم الاستعانة بمصادر خارجية لمهام حساب البيانات الحساسة لمزود خدمة السحابة، مع حماية خصوصية البيانات.

2. وضع الحساب بين طرفين: يسمح للطرفين بإجراء حساب مشترك دون الكشف عن بياناتهما الخاصة.

3. نمط التجميع: تجميع بيانات متعددة من المشاركين بشكل آمن، مناسب لسيناريوهات مثل التعلم الفيدرالي.

4. نمط العميل-الخادم: يوفر الخادم خدمات حساب نموذج الذكاء الاصطناعي الخاص لعدة عملاء مستقلين.

الميزة الرئيسية للتشفير المتماثل بالكامل مقارنة بخطط التشفير التقليدية هي القدرة على إجراء عمليات حسابية معقدة على النصوص المشفرة، مما يوفر إمكانيات جديدة لحماية الخصوصية. ومع ذلك، لا تزال تكاليف الحساب للتشفير المتماثل بالكامل مرتفعة، مما يتطلب المزيد من الاختراقات التقنية ودعم الأجهزة المتخصصة ليتم تطبيقه فعليًا في سيناريوهات أوسع.