Enkripsi Homomorphic Penuh: Pengantar Konsep dan Skenario Aplikasi

Teknologi enkripsi biasanya dibagi menjadi dua jenis: enkripsi statis dan enkripsi dalam transmisi. Enkripsi statis melindungi data yang disimpan di perangkat atau di cloud, hanya personel yang berwenang yang dapat mengakses konten yang telah didekripsi. Enkripsi dalam transmisi memastikan bahwa data yang ditransmisikan melalui jaringan hanya dapat diinterpretasikan oleh penerima yang ditunjuk, bahkan jika melalui saluran publik tidak akan bocor.

Kedua metode enkripsi ini bergantung pada algoritma enkripsi, dan melalui enkripsi terautentikasi untuk memastikan integritas data. Namun, beberapa skenario kolaborasi multipihak memerlukan pemrosesan kompleks terhadap ciphertext, yang melibatkan teknologi perlindungan privasi, di mana enkripsi homomorfik sepenuhnya (FHE) adalah salah satu solusi penting.

Sebagai contoh pemungutan suara online, solusi enkripsi tradisional sulit untuk melakukan penghitungan suara sambil melindungi privasi. Namun, teknologi FHE memungkinkan perhitungan fungsi langsung pada ciphertext tanpa perlu melakukan dekripsi, sehingga melindungi privasi dan sekaligus memenuhi fungsi yang diperlukan.

FHE adalah skema enkripsi yang kompak, ukuran ciphertext dari hasil output dan kompleksitas dekripsi hanya terkait dengan input asli, tidak terpengaruh oleh proses perhitungan di tengah. Ini biasanya dianggap sebagai alternatif untuk lingkungan eksekusi aman seperti TEE, dengan keamanan yang didasarkan pada algoritma kriptografi dan bukan perangkat keras.

Sistem FHE biasanya terdiri dari beberapa komponen, termasuk kunci dekripsi, kunci enkripsi, dan kunci komputasi. Di antara semua kunci tersebut, kunci dekripsi adalah yang paling sensitif, dan perlu memastikan efektivitas serta keamanan seluruh rantai operasi homomorfik.

Mode Aplikasi FHE

Model Outsourcing

Mode ini mengubah komputasi awan biasa menjadi komputasi privat yang mirip dengan SGX dan TEE. Pemilik data mengirimkan input yang dienkripsi kepada penyedia layanan awan, yang kemudian melakukan enkripsi homomorphic dan mengembalikan hasil yang dienkripsi.

Saat ini, mode outsourcing FHE terutama digunakan untuk skenario pencarian informasi pribadi (PIR), seperti klien yang mencari informasi dari database publik besar tanpa mengungkapkan konten kueri.

Mode Komputasi Dua Pihak

Dalam mode ini, pihak perhitungan juga akan menambahkan data pribadi mereka sendiri dalam prosesnya. FHE menyediakan solusi ideal untuk perhitungan dua pihak dengan kompleksitas komunikasi yang minimal.

Aplikasi potensial termasuk "masalah jutawan" dalam kriptografi, di mana kedua belah pihak membandingkan kekayaan tanpa mengungkapkan jumlah spesifik.

Mode Agregasi

Perbaikan pada model outsourcing, untuk mengumpulkan data dari beberapa peserta dengan cara yang ringkas dan dapat diverifikasi. Kasus penggunaan yang khas termasuk pembelajaran federasi dan sistem pemungutan suara online.

Mode Klien-Server

Perluasan model komputasi dua pihak, server menyediakan layanan komputasi FHE untuk klien dengan beberapa kunci independen. Dapat digunakan untuk layanan komputasi model AI pribadi, data klien dienkripsi dan kemudian diproses oleh model AI di sisi server.

Detail teknis lainnya dari FHE

• Memastikan validitas hasil perhitungan eksternal melalui cara seperti perhitungan redundan atau tanda tangan digital.
• Mengontrol ruang dekripsi dengan membatasi akses terhadap ciphertext tengah atau berbagi rahasia kunci dekripsi
• FHE dibandingkan dengan enkripsi homomorphic sebagian dan enkripsi homomorphic bertingkat, dapat mendukung tugas perhitungan apa pun dan parameter tidak meningkat seiring dengan kompleksitas.
• FHE perlu secara teratur melakukan operasi bootstrap untuk mengendalikan noise

Enkripsi homomorphic sepenuhnya sebagai teknologi perlindungan privasi yang kuat, menunjukkan prospek aplikasi yang luas di berbagai bidang. Dengan terus dioptimalkannya algoritma dan perangkat keras, percaya bahwa FHE akan memainkan peran yang lebih besar di masa depan.