FHE: Vestindo a Capa de Invisibilidade do Harry Potter

A criptografia homomórfica completa (FHE) é uma tecnologia de criptografia avançada que permite realizar cálculos diretamente em dados criptografados, permitindo o processamento de dados enquanto protege a privacidade. A FHE tem aplicações potenciais em vários campos, como finanças, saúde e computação em nuvem, mas devido ao seu enorme custo computacional e de memória, a comercialização ainda levará tempo.

Princípios Básicos

O núcleo do FHE é criptografar dados brutos através de polinômios e executar cálculos em estado criptografado. O processo de criptografia simplificado é o seguinte:

1. Escolha o polinômio de chave s(x)
2. Gerar polinómio aleatório a(x)
3. Gerar um pequeno polinómio de "erro" e(x)
4. Texto claro criptografado m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Durante a descriptografia, sabendo s(x) podemos recuperar o texto claro m. A introdução de polinómios aleatórios e erros visa aumentar a segurança.

Para realizar cálculos em estado criptografado, o FHE transforma operações em um modelo de circuito. No entanto, cada operação aumenta o ruído, o que pode eventualmente levar à incapacidade de decifrar corretamente. Para resolver esse problema, o FHE adotou as seguintes técnicas:

• Mudança de chave: compressão do tamanho do texto cifrado
• Mudança de módulo: reduzir o ruído
• Guia (Bootstrap): redefinir o ruído para o nível inicial

Embora a tecnologia Bootstrap tenha um grande custo computacional, ela pode realizar cálculos de profundidade infinita, sendo a chave para a realização do verdadeiro FHE.

Desafios enfrentados pelo FHE

O maior desafio do FHE é o seu enorme custo computacional. Em comparação com a computação normal, a velocidade de cálculo do FHE pode ser mais de 1 milhão de vezes mais lenta. A DARPA dos EUA lançou o programa DPRIVE, tentando aumentar a velocidade do FHE para 1/10 da computação normal, mas o progresso tem sido lento.

O plano DPRIVE aborda principalmente os seguintes aspectos:

1. Aumentar o tamanho da palavra do processador
2. Desenvolver processadores ASIC dedicados
3. Construir uma arquitetura paralela MIMD

Embora o progresso da tecnologia FHE seja lento, ela ainda possui um significado único na proteção de dados sensíveis, especialmente nas áreas militar, médica e financeira.

Combinação de Blockchain

No campo da blockchain, o FHE pode ser utilizado para proteger a privacidade na cadeia, a privacidade dos dados de treino de IA, a privacidade na votação em cadeia, entre outros. Também é visto como uma das potenciais soluções para MEV. No entanto, o alto custo computacional do FHE pode reduzir significativamente a capacidade de processamento da rede.

Principais Projetos

Atualmente, a maioria dos projetos FHE utiliza a tecnologia fornecida pela Zama, como Fhenix, Privasea, Inco Network, Mind Network, entre outros. Esses projetos diferem principalmente no modelo de negócios.

A Zama construiu uma pilha de desenvolvimento de blockchain + IA relativamente completa com base no esquema TFHE. A Octra adotou uma tecnologia única de hipergrafos para implementar FHE e criou uma nova linguagem de contratos inteligentes e protocolo de consenso.

Perspectiva

A tecnologia FHE ainda está em um estágio muito inicial, seu desenvolvimento é inferior ao da tecnologia de prova de conhecimento zero. Os principais desafios incluem altos custos, grande dificuldade de engenharia e perspectivas comerciais incertas.

Com o aumento do investimento e da atenção, espera-se que mais projetos de FHE surjam. A implementação de chips de FHE é uma das condições-chave para a sua comercialização. Apesar das resistências tecnológicas, o FHE ainda possui um enorme potencial nas áreas de defesa, finanças e saúde, e pode estar à beira de uma explosão no futuro.