FHE, ZK и MPC: Глубина сравнения трех технологий шифрования

В области шифрования полное гомоморфное шифрование (FHE), нулевое знание (ZK) и безопасные многосторонние вычисления (MPC) являются тремя наиболее обсуждаемыми передовыми технологиями. Каждая из них ориентирована на различные сценарии применения и предоставляет уникальные решения для защиты конфиденциальности и безопасности данных. В этой статье будет подробно рассмотрено сравнение характеристик, принципов работы и применения этих трех технологий в области блокчейна.

Нулевое знание (ZK): доказательство без раскрытия

Основная проблема, решаемая технологией нулевых знаний, заключается в следующем: как подтвердить истинность информации, не раскрывая никаких конкретных данных. ZK основывается на строгой криптографической базе и позволяет одной стороне (доказателю) убедить другую сторону (проверяющего) в истинности утверждения, не раскрывая никакой информации, кроме истинности этого утверждения.

Например, предположим, что кто-то должен доказать арендной компании, что его кредитное состояние хорошее, но не хочет предоставлять подробные банковские выписки. В этом случае "кредитный рейтинг", предоставляемый банком или платежной платформой, может рассматриваться как форма доказательства с нулевым разглашением. Клиент может доказать, что его кредитный рейтинг соответствует нормам, не показывая конкретную финансовую информацию.

В приложениях блокчейна典型ным примером технологии ZK является анонимная шифрование. Например, когда пользователи осуществляют перевод, им необходимо одновременно сохранить анонимность и доказать, что у них достаточно средств для завершения транзакции. С помощью генерации ZK-доказательства пользователи могут подтвердить действительность транзакции сети, в то время как майнеры или проверяющие могут подтвердить законность транзакции, не зная идентичности сторон и конкретной суммы.

Многосторонние вычисления безопасности (MPC): совместные вычисления без утечки

Технология многопартитных вычислений (MPC) в основном используется для решения вопроса о том, как обеспечить безопасность совместных вычислений для нескольких участников при защите конфиденциальной информации каждой стороны. MPC позволяет нескольким участникам совместно выполнять вычислительную задачу, при этом каждый участник не может получить доступ к входным данным других.

Классический сценарий применения MPC заключается в вычислении средней зарплаты нескольких человек без раскрытия конкретных зарплат каждого. Участники могут разделить свои данные о зарплате на несколько частей и обмениваться частью данных с другими. Путем суммирования полученных данных и обмена результатами в конечном итоге можно вычислить среднее значение, но никто не сможет узнать точную зарплату других.

В области шифрования валют технологии MPC широко применяются для безопасности кошельков. Например, некоторые торговые платформы предлагают кошельки MPC, которые делят приватный ключ на несколько частей, которые хранятся на устройствах пользователей, в облачном хранилище и на платформе. Этот подход не только повышает безопасность, но и предоставляет пользователям более удобные решения для восстановления активов.

Полностью однородное шифрование (FHE): шифрование внешних вычислений

Технология полного гомоморфного шифрования решает следующую задачу: как зашифровать чувствительные данные так, чтобы третья сторона могла выполнять вычисления над данными без их расшифровки, при этом результаты могли быть корректно расшифрованы владельцем оригинальных данных. FHE позволяет выполнять любые вычислительные операции над зашифрованными данными, не влияя на правильность результата после расшифровки.

В практическом применении FHE позволяет владельцам данных передавать зашифрованные данные ненадежным третьим сторонам для обработки, не беспокоясь о утечке данных. Например, при обработке медицинских записей или личной финансовой информации в облачной вычислительной среде FHE может гарантировать, что данные остаются зашифрованными на протяжении всего процесса обработки, тем самым защищая безопасность данных и соблюдая требования законодательства о конфиденциальности.

В области блокчейна технология FHE может решить некоторые проблемы, существующие в сетях PoS (доказательства доли). Например, в некоторых небольших PoS сетях узлы-валидаторы могут склоняться к тому, чтобы напрямую принимать результаты валидации крупных узлов, а не проводить независимую проверку транзакций, что может привести к централизованности сети. Используя технологию FHE, узлы могут завершать валидацию блоков, не зная результатов валидации других узлов, тем самым сохраняя децентрализованный характер сети.

Кроме того, FHE также может быть применен в децентрализованных системах голосования, предотвращая влияние избирателей друг на друга или голосование по слепой поддержке, обеспечивая, чтобы результаты голосования более точно отражали истинное общественное мнение.

Техническое сравнение

Хотя ZK, MPC и FHE все предназначены для защиты конфиденциальности и безопасности данных, у них есть значительные различия в сценариях применения и технической сложности:

1. Основное внимание к приложению:

   • ZK акцентирует внимание на "как доказать", подходит для сценариев, где необходимо проверять права или личность.
   • MPC фокусируется на "как вычислить", подходит для случаев, когда нескольким сторонам необходимо совместно вычислять, но при этом нужно защищать свою конфиденциальность данных.
   • FHE акцентирует внимание на "как шифровать", подходит для сценариев, где требуется проводить сложные вычисления, сохраняя данные в зашифрованном состоянии.

2. Техническая сложность:

   • Реализация ZK требует глубоких математических и программных навыков, проектирование эффективных и простых в реализации протоколов представляет собой вызов.
   • При реализации MPC необходимо решить проблемы синхронизации и эффективности связи, особенно в условиях большого числа участников.
   • FHE сталкивается с огромными вызовами в области вычислительной эффективности, несмотря на теоретическую привлекательность, но его практическое применение все еще ограничено высокой вычислительной сложностью и временными затратами.

Эти три технологии постоянно развиваются, предоставляя мощные инструменты для обеспечения безопасности данных и защиты личной конфиденциальности. С развитием технологий и расширением областей применения они будут играть все более важную роль в будущем цифровом мире.