FHE: надіти невидимку Гаррі Поттера

Повна гомоморфна криптографія ( FHE ) є передовою криптографічною технологією, яка дозволяє виконувати обчислення безпосередньо на зашифрованих даних, тим самим обробляючи дані з захистом конфіденційності. FHE має потенційні застосування в багатьох сферах, таких як фінанси, охорона здоров'я, хмарні обчислення, але через великі обчислювальні та пам'ятникові витрати комерціалізація все ще потребує часу.

Основні принципи

Основою FHE є шифрування вихідних даних за допомогою поліноміального шифрування та виконання обчислень у зашифрованому стані. Спрощений процес шифрування виглядає наступним чином:

1. Виберіть ключовий多项式 s(x)
2. Генерація випадкового多项式 a(x)
3. Генерувати невелику "похибку" багаторазову e(x)
4. Шифроване відкриття m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Під час розшифрування, знаючи s(x), можна відновити відкритий текст m. Введення випадкового多项式 та помилки покликане підвищити безпеку.

Щоб реалізувати обчислення в зашифрованому стані, FHE перетворює операції в модель електричних схем. Проте кожна операція збільшує шум, що в кінцевому підсумку може призвести до неможливості правильної декодування. Для вирішення цієї проблеми FHE використовує такі технології:

• Перемикання ключів: зменшення розміру зашифрованого тексту
• Перемикання модуля: зменшити шум
• Керувати(Bootstrap): Скинути шум до початкового рівня

Хоча технологія Bootstrap має великі обчислювальні витрати, вона може реалізувати необмежену глибину обчислень і є ключем до справжнього FHE.

Виклики, з якими стикається FHE

Найбільшим викликом FHE є його величезні обчислювальні витрати. Порівняно з звичайними обчисленнями, швидкість обчислень FHE може бути повільнішою більш ніж у 1 мільйон разів. Американська DARPA розпочала програму DPRIVE, намагаючись підвищити швидкість FHE до 1/10 звичайних обчислень, але прогрес йде повільно.

План DPRIVE зосереджується на наступних аспектах:

1. Збільшити довжину слова процесора
2. Розробка спеціальних ASIC процесорів
3. Побудова архітектури паралельного виконання MIMD

Хоча технологія FHE розвивається повільно, вона все ще має унікальне значення для захисту чутливих даних, особливо в таких сферах, як військова справа, охорона здоров'я та фінанси.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягання плаща-невидимки Гаррі Поттера

Поєднання блокчейну

У сфері блокчейну FHE може бути використаний для захисту приватності на ланцюгу, приватності даних для навчання ШІ, приватності голосування на ланцюгу тощо. Він також вважається одним із потенційних рішень для MEV. Проте висока обчислювальна вартість FHE може суттєво знизити пропускну здатність мережі.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

Основний проект

Наразі більшість проектів FHE використовують технології, надані Zama, такі як Fhenix, Privasea, Inco Network, Mind Network та ін. Ці проекти в основному відрізняються за бізнес-моделлю.

Zama на базі рішення TFHE створила досить вдосконалену стека розробки блокчейн + AI. Octra використовує унікальну технологію гіперграфів для реалізації FHE та створила нову мову смарт-контрактів і консенсусний протокол.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

Перспективи

Технологія FHE все ще перебуває на дуже ранній стадії, її розвиток не відповідає технології нульових знань. Основні виклики включають високу вартість, складність інженерії, невизначеність комерційних перспектив тощо.

Зі збільшенням фінансування та уваги очікується поява більшої кількості проектів FHE. Впровадження чіпів FHE є однією з ключових умов їхньої комерціалізації. Незважаючи на технічні труднощі, FHE все ще має величезний потенціал у сферах оборони, фінансів, медицини та інших, і в майбутньому може відбутися вибух.