FHE: A Capa de Invisibilidade da Criptografia

A criptografia homomórfica ( FHE ) é uma tecnologia de criptografia avançada que permite realizar cálculos diretamente sobre dados criptografados, protegendo a privacidade enquanto processa os dados. A FHE tem vários cenários de aplicação potenciais, especialmente em áreas que requerem processamento e análise de dados com proteção de privacidade, como finanças, saúde, computação em nuvem, aprendizado de máquina, sistemas de votação, Internet das Coisas, proteção de privacidade em blockchain, entre outros. No entanto, a comercialização da FHE ainda levará tempo, com os principais desafios sendo os custos computacionais e de memória elevados impostos por seus algoritmos, além da baixa escalabilidade.

Princípios básicos do FHE

O núcleo da FHE é ocultar informações originais através de polinómios. Os polinómios podem ser transformados em problemas de álgebra linear e cálculos vetoriais, facilitando operações altamente otimizadas por computadores modernos.

O processo de criptografia do FHE inclui:

1. Escolher o polinómio da chave
2. Gerar polinómio aleatório
3. Gerar pequenos polinómios de "erro"
4. Combinar o texto claro com o polinómio acima para encriptação

A introdução de ruído é para evitar que a chave seja deduzida através da entrada repetida. No entanto, o ruído acumula-se com o cálculo, podendo eventualmente levar a uma incapacidade de descriptografar. Para resolver esse problema, o FHE adotou as seguintes técnicas:

• Mudança de chave: Compressão do tamanho do texto cifrado
• Mudança de módulo: controlar o crescimento do ruído
• Auto-boot: redefinir o ruído para o nível inicial

Atualmente, existem várias implementações específicas de FHE que utilizam tecnologia de auto-impulso.

Desafios enfrentados pelo FHE

O principal desafio do FHE é o enorme custo computacional. Em comparação com cálculos normais, os cálculos FHE podem ser 500 milhões de vezes mais lentos. A Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa dos EUA (DARPA) lançou o programa Dprive, com o objetivo de aumentar a velocidade dos cálculos FHE para 1/10 dos cálculos normais. O programa foca principalmente nos seguintes aspectos:

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

Apesar do progresso lento, a tecnologia FHE ainda tem um significado único para a proteção de dados sensíveis, especialmente nas áreas militar, médica e financeira.

FHE na aplicação da blockchain

No campo da blockchain, o FHE é principalmente utilizado para proteger a privacidade dos dados, com direções de aplicação que incluem:

• Privacidade em cadeia
• Privacidade dos dados de treino de IA
• Privacidade de votação em cadeia
• Revisão de transações privadas na cadeia
• Solução MEV

Mas o FHE também enfrenta desafios, como o aumento significativo dos custos de operação dos validadores.

Principais projetos de FHE

Atualmente, a maioria dos projetos FHE utiliza tecnologias construídas pela Zama, como Fhenix, Privasea, Inco Network, Mind Network, entre outros. Esses projetos diferem principalmente na sua abordagem comercial.

A Zama construiu uma pilha de desenvolvimento de blockchain + IA bastante completa, baseada no esquema TFHE.

A Octra adotou uma tecnologia original baseada em hipergráficos para implementar FHE, construindo uma nova linguagem de contratos inteligentes e um protocolo de consenso.

Perspectiva

A tecnologia FHE ainda está em estágio inicial, enfrentando muitos desafios:

• Eficiência de desempenho baixa
• Dificuldade alta da engenharia
• Perspectivas de comercialização incertas
• Falta de capital

Mas com o desenvolvimento de chips FHE dedicados, bem como a demanda em áreas críticas como defesa, finanças e saúde, a tecnologia FHE promete alcançar avanços. O FHE tem o potencial de liberar dados privados e combinar-se com tecnologias futuras como algoritmos quânticos, trazendo impactos profundos.