FHE: Vistiendo la capa de invisibilidad de Harry Potter

La criptografía homomórfica completa (FHE) es una tecnología de cifrado avanzada que permite realizar cálculos directamente sobre datos cifrados, protegiendo así la privacidad mientras se procesan los datos. FHE tiene aplicaciones potenciales en múltiples campos como las finanzas, la salud y la computación en la nube, pero debido a su gran carga computacional y de memoria, su comercialización aún requiere tiempo.

Principios básicos

El núcleo de FHE es cifrar datos originales mediante polinomios y realizar cálculos en estado cifrado. El proceso de cifrado simplificado es el siguiente:

1. Seleccione el polinomio clave s(x)
2. Generar un polinomio aleatorio a(x)
3. Generar un pequeño polinomio de "error" e(x)
4. Texto claro cifrado m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Al descifrar, saber s(x) permite recuperar el texto en claro m. La introducción de polinomios aleatorios y errores es para aumentar la seguridad.

Para lograr cálculos en un estado cifrado, FHE transforma las operaciones en un modelo de circuito. Sin embargo, cada operación aumenta el ruido, lo que puede llevar a una incapacidad para descifrar correctamente. Para resolver este problema, FHE utiliza las siguientes técnicas:

• Cambio de clave: reducción del tamaño del texto cifrado
• Cambio de módulo: reducir el ruido
• Guiar (Bootstrap): Restablecer el ruido a los niveles iniciales

La tecnología Bootstrap, aunque tiene un gran costo computacional, puede realizar cálculos de profundidad infinita, lo que es clave para lograr FHE verdadero.

Desafíos que enfrenta FHE

El mayor desafío de FHE es su enorme costo computacional. En comparación con la computación normal, la velocidad de cálculo de FHE puede ser más de 1 millón de veces más lenta. La DARPA de EE. UU. lanzó el programa DPRIVE, intentando aumentar la velocidad de FHE a 1/10 de la computación normal, pero el progreso ha sido lento.

El plan DPRIVE se centra principalmente en los siguientes aspectos:

1. Aumentar la longitud de la palabra del procesador
2. Desarrollar procesadores ASIC dedicados
3. Construir la arquitectura paralela MIMD

A pesar de que el avance de la tecnología FHE es lento, sigue teniendo un significado único en la protección de datos sensibles, especialmente en campos como el militar, médico y financiero.

Combinación de blockchain

En el ámbito de la blockchain, FHE se puede utilizar para proteger la privacidad en la cadena, la privacidad de los datos de entrenamiento de IA, la privacidad de las votaciones en la cadena, entre otros. También se considera una de las soluciones potenciales para MEV. Sin embargo, el alto costo computacional de FHE podría reducir significativamente el rendimiento de la red.

Proyectos principales

Actualmente, la mayoría de los proyectos de FHE utilizan la tecnología proporcionada por Zama, como Fhenix, Privasea, Inco Network, Mind Network, entre otros. Estos proyectos se diferencian principalmente en sus modelos de negocio.

Zama, basado en el esquema TFHE, ha construido una pila de desarrollo de blockchain + IA bastante completa. Octra utiliza una técnica única de hipergráficas para implementar FHE y ha desarrollado un nuevo lenguaje de contratos inteligentes y un protocolo de consenso.

Perspectivas

La tecnología FHE aún se encuentra en una etapa muy temprana, su desarrollo no ha alcanzado el de la tecnología de pruebas de conocimiento cero. Los principales desafíos incluyen altos costos, gran dificultad de ingeniería y perspectivas comerciales poco claras.

Con la creciente inversión de capital y atención, se espera que aparezcan más proyectos de FHE. La implementación de chips FHE es una de las condiciones clave para su comercialización. A pesar de enfrentar resistencias técnicas, FHE aún tiene un gran potencial en áreas como la defensa, las finanzas y la medicina, y podría experimentar una explosión en el futuro.