FHE: наденьте мантия-невидимка Гарри Поттера

Полностью гомоморфное шифрование ( FHE ) — это современная криптографическая технология, позволяющая выполнять вычисления непосредственно над зашифрованными данными, тем самым обрабатывая данные с защитой конфиденциальности. FHE имеет потенциальные приложения в таких областях, как финансы, здравоохранение, облачные вычисления, но из-за огромных вычислительных и объемных затрат коммерциализация еще требует времени.

Основные принципы

Основой FHE является шифрование исходных данных с помощью полиномиального шифрования и выполнение вычислений в зашифрованном состоянии. Упрощенный процесс шифрования выглядит следующим образом:

1. Выберите многочлен ключа s(x)
2. Генерировать случайный многочлен a(x)
3. Генерировать небольшой "ошибочный" многочлен e(x)
4. Шифрованный текст m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

При расшифровке, зная s(x), можно восстановить открытый текст m. Введение случайного многочлена и ошибки необходимо для повышения безопасности.

Для реализации вычислений в зашифрованном состоянии, FHE преобразует операции в модель цепей. Однако каждая операция увеличивает шум, что в конечном итоге может привести к невозможности правильного расшифрования. Для решения этой проблемы FHE использует следующие технологии:

• Переключение ключа: уменьшение размера зашифрованного текста
• Переключение модуля: уменьшение шума
• Ведение (Bootstrap): сброс шума до начального уровня

Хотя технология Bootstrap требует больших вычислительных затрат, она позволяет осуществлять вычисления неограниченной глубины, что является ключом к реализации настоящего FHE.

Проблемы, с которыми сталкивается FHE

Основная проблема FHE заключается в его огромных вычислительных затратах. По сравнению с обычными вычислениями, скорость вычислений FHE может быть медленнее более чем в 1 миллион раз. DARPA США запустила программу DPRIVE, пытаясь повысить скорость FHE до 1/10 от обычных вычислений, но прогресс идет медленно.

План DPRIVE в первую очередь направлен на следующие аспекты:

1. Увеличить длину слова процессора
2. Разработка специализированных ASIC-процессоров
3. Построение параллельной архитектуры MIMD

Хотя технологии FHE развиваются медленно, они все еще имеют уникальное значение для защиты чувствительных данных, особенно в таких областях, как военно-промышленный комплекс, медицина и финансы.

Слияние блокчейна

В области блокчейна FHE может использоваться для защиты конфиденциальности на цепочке, конфиденциальности данных для обучения ИИ, конфиденциальности голосования на цепочке и т. д. Также рассматривается как одно из потенциальных решений для MEV. Однако высокие вычислительные затраты FHE могут значительно снизить пропускную способность сети.

Основные проекты

В настоящее время большинство проектов FHE используют технологии, предоставленные Zama, такие как Fhenix, Privasea, Inco Network, Mind Network и другие. Эти проекты в основном различаются по коммерческой модели.

Zama на основе схемы TFHE создала достаточно完善ный стек разработки блокчейн + AI. Octra использует уникальную технологию гиперграфов для реализации FHE и разработала новый язык смарт-контрактов и протокол консенсуса.

Перспективы

Технология FHE все еще находится на очень ранней стадии, ее развитие не столь активно, как у технологии доказательства с нулевым знанием. Основные проблемы включают высокие затраты, сложность инженерии и неопределенные перспективы коммерциализации.

С увеличением вложений и внимания ожидается, что появится больше проектов FHE. Реализация чипов FHE является одним из ключевых условий для их коммерциализации. Несмотря на технические препятствия, FHE все еще обладает огромным потенциалом в таких областях, как оборона, финансы, здравоохранение, и в будущем может произойти его взрывной рост.

! Gate Ventures Research: FHE, надевает плащ-невидимку из Гарри Поттера