Полностью гомоморфное шифрование: Обзор и сценарии применения

полностью гомоморфное шифрование(FHE) является специальной схемой шифрования, которая позволяет выполнять функции над зашифрованными данными без их расшифровки, тем самым защищая конфиденциальность. В отличие от традиционного статического шифрования и шифрования при передаче, FHE может выполнять сложные операции над зашифрованными данными, что особенно полезно в сценариях защиты конфиденциальности при многостороннем сотрудничестве.

Типичное применение FHE - это онлайн-система голосования. Избиратели могут отправлять свои зашифрованные голоса промежуточному органу, который может подсчитывать голоса, не расшифровывая их, а в конце просто публикует итоговый результат. Это избегает проблемы, когда посреднику необходимо расшифровать все бюллетени для подсчета, что лучше защищает конфиденциальность голосования.

В системе FHE функции шифрования и вычислительные процессы являются открытыми, но входные данные и выходные результаты зашифрованы. Только обладатель ключа дешифрования может получить открытые данные. FHE представляет собой компактную схему шифрования, размер выходного шифрованного текста и сложность дешифрования зависят только от исходных входных данных и не зависят от сложности вычислительного процесса.

FHE обычно включает в себя следующие типы ключей:

1. Ключ для расшифровки: главный ключ системы, используемый для расшифровки FHE шифротекста, обычно хранится пользователем локально.

2. Шифровальный ключ: используется для преобразования открытого текста в зашифрованный, в режиме открытого ключа может быть опубликован.

3. Вычисление ключа: используется для гомоморфных операций с шифротекстом, также может быть открытым.

Основные модели применения FHE включают:

1. Модель аутсорсинга: передача вычислительных задач с чувствительными данными облачному провайдеру услуг, при этом защита конфиденциальности данных.

2. Модель вычислений для двух сторон: позволяет обеим сторонам выполнять совместные вычисления без раскрытия своих конфиденциальных данных.

3. Аггрегативный режим: безопасно агрегирует данные от нескольких участников, подходит для таких сцен, как федеративное обучение.

4. Клиент-серверная модель: сервер предоставляет услуги вычисления конфиденциальных ИИ моделей для нескольких независимых клиентов.

Основное преимущество FHE по сравнению с традиционными схемами шифрования заключается в том, что оно позволяет выполнять сложные вычисления над шифротекстом, открывая новые возможности для защиты конфиденциальности. Однако в настоящее время вычислительные затраты FHE всё ещё достаточно велики, и для его реального применения в более широких сценариях необходимы дальнейшие технические прорывы и поддержка специализированного оборудования.