FHE, ZK và MPC: So sánh độ sâu của ba công nghệ mã hóa

Trong lĩnh vực mã hóa, mã hóa hoàn toàn đồng nhất (FHE), chứng minh không kiến thức (ZK) và tính toán an toàn nhiều bên (MPC) là ba công nghệ tiên tiến được quan tâm. Chúng nhắm đến các tình huống ứng dụng khác nhau, cung cấp các giải pháp độc đáo cho quyền riêng tư và an toàn dữ liệu. Bài viết này sẽ so sánh chi tiết các đặc điểm, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của ba công nghệ này trong lĩnh vực blockchain.

Chứng minh không biết (ZK): Chứng minh mà không tiết lộ

Công nghệ chứng minh không biết (ZKP) giải quyết vấn đề cốt lõi là: làm thế nào để xác thực tính xác thực của một thông tin mà không tiết lộ bất kỳ thông tin cụ thể nào. ZK được xây dựng trên cơ sở mật mã nghiêm ngặt, cho phép một bên (người chứng minh) chứng minh tính xác thực của một tuyên bố cho bên kia (người xác minh) mà không cần tiết lộ bất kỳ thông tin nào ngoài tính xác thực của tuyên bố đó.

Ví dụ, giả sử có ai đó cần chứng minh tình trạng tín dụng tốt của mình với công ty cho thuê xe, nhưng không muốn cung cấp chi tiết về dòng tiền ngân hàng. Trong trường hợp này, "điểm tín dụng" do ngân hàng hoặc nền tảng thanh toán cung cấp có thể được coi là một dạng chứng minh không biết. Khách hàng có thể chứng minh rằng điểm tín dụng của mình đạt yêu cầu mà không cần hiển thị thông tin tài chính cụ thể.

Trong các ứng dụng blockchain, một trường hợp điển hình của công nghệ ZK là tiền mã hóa ẩn danh. Ví dụ, khi người dùng thực hiện chuyển khoản, họ cần chứng minh rằng mình có đủ số dư để hoàn thành giao dịch trong khi vẫn giữ được tính ẩn danh. Bằng cách tạo ra chứng minh ZK, người dùng có thể chứng minh tính hợp lệ của giao dịch với mạng lưới, trong khi thợ mỏ hoặc người xác nhận không cần biết danh tính của hai bên giao dịch hoặc số tiền cụ thể để xác nhận tính hợp pháp của giao dịch.

Tính toán an toàn nhiều bên (MPC): Tính toán chung mà không tiết lộ

Công nghệ tính toán an toàn đa bên chủ yếu được sử dụng để giải quyết vấn đề làm thế nào để cho phép nhiều người tham gia thực hiện tính toán hợp tác một cách an toàn mà không làm lộ thông tin nhạy cảm của các bên. MPC cho phép nhiều bên tham gia hợp tác hoàn thành một nhiệm vụ tính toán, nhưng mỗi người tham gia đều không thể biết được dữ liệu đầu vào của những người khác.

Một kịch bản ứng dụng MPC cổ điển là tính toán mức lương trung bình của nhiều người mà không tiết lộ mức lương cụ thể của từng người. Những người tham gia có thể chia dữ liệu lương của mình thành nhiều phần và trao đổi một phần dữ liệu với nhau. Bằng cách cộng dồn dữ liệu nhận được và chia sẻ kết quả, cuối cùng có thể tính được giá trị trung bình, nhưng không ai có thể biết được mức lương chính xác của người khác.

Trong lĩnh vực tiền điện tử, công nghệ MPC được ứng dụng rộng rãi trong bảo mật ví. Ví dụ, một số nền tảng giao dịch đã ra mắt ví MPC chia nhỏ khóa riêng thành nhiều phần, được lưu giữ bởi thiết bị của người dùng, lưu trữ đám mây và nền tảng. Cách làm này không chỉ nâng cao độ sâu bảo mật mà còn cung cấp cho người dùng một giải pháp phục hồi tài sản tiện lợi hơn.

Toán học mã hóa hoàn toàn (FHE): Tính toán ủy quyền mã hóa

Công nghệ mã hóa toàn phần giải quyết vấn đề là: làm thế nào để mã hóa dữ liệu nhạy cảm, để bên thứ ba có thể thực hiện xử lý tính toán trên dữ liệu mà không cần giải mã, và kết quả vẫn có thể được chủ sở hữu dữ liệu gốc giải mã chính xác. FHE cho phép thực hiện các thao tác tính toán tùy ý trên dữ liệu mã hóa mà không làm ảnh hưởng đến tính chính xác của kết quả sau khi giải mã.

Trong ứng dụng thực tế, FHE cho phép chủ sở hữu dữ liệu giao dữ liệu đã được mã hóa cho bên thứ ba không đáng tin cậy để xử lý mà không cần lo lắng về việc rò rỉ dữ liệu. Ví dụ, trong môi trường điện toán đám mây xử lý hồ sơ y tế hoặc thông tin tài chính cá nhân, FHE có thể đảm bảo rằng dữ liệu luôn được giữ trong trạng thái mã hóa trong suốt quá trình xử lý, vừa bảo vệ an toàn dữ liệu, vừa tuân thủ yêu cầu về quy định bảo mật thông tin.

Trong lĩnh vực blockchain, công nghệ FHE có khả năng giải quyết một số vấn đề tồn tại trong các mạng PoS (bằng chứng cổ phần). Ví dụ, trong một số mạng PoS nhỏ, các nút xác thực có thể có xu hướng trực tiếp chấp nhận kết quả xác thực của các nút lớn, thay vì tự mình thực hiện xác thực giao dịch, điều này có thể dẫn đến sự tập trung hóa mạng. Bằng cách sử dụng công nghệ FHE, các nút có thể hoàn thành xác thực khối mà không biết kết quả xác thực của các nút khác, từ đó duy trì tính phi tập trung của mạng.

Ngoài ra, FHE còn có thể được áp dụng trong hệ thống bỏ phiếu phi tập trung, ngăn chặn cử tri ảnh hưởng lẫn nhau hoặc bỏ phiếu theo phong trào, đảm bảo kết quả bỏ phiếu phản ánh đúng hơn ý kiến của dân chúng.

So sánh kỹ thuật

Mặc dù ZK, MPC và FHE đều nhằm bảo vệ quyền riêng tư và an ninh dữ liệu, nhưng chúng có sự khác biệt đáng kể về bối cảnh ứng dụng và độ phức tạp công nghệ:

1. Ứng dụng trọng điểm:

   • ZK tập trung vào "cách chứng minh", phù hợp với các tình huống cần xác minh quyền hạn hoặc danh tính.
   • MPC tập trung vào "cách tính toán", phù hợp với các trường hợp nhiều bên cần tính toán chung nhưng vẫn phải bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu của mình.
   • FHE tập trung vào "cách mã hóa", phù hợp với các tình huống cần thực hiện tính toán phức tạp trong khi giữ dữ liệu ở trạng thái mã hóa.

2. Độ sâu kỹ thuật:

   • Việc thực hiện ZK cần có độ sâu về toán học và kỹ năng lập trình, việc thiết kế các giao thức hiệu quả và dễ thực hiện là một thách thức.
   • MPC cần giải quyết vấn đề đồng bộ và hiệu quả truyền thông khi thực hiện, đặc biệt là trong trường hợp có nhiều người tham gia.
   • FHE đối mặt với những thách thức lớn về hiệu suất tính toán, mặc dù lý thuyết rất hấp dẫn, nhưng ứng dụng thực tế vẫn bị hạn chế bởi độ phức tạp tính toán cao và chi phí thời gian.

Ba công nghệ này đang không ngừng phát triển, cung cấp những công cụ mạnh mẽ cho an ninh dữ liệu và bảo vệ quyền riêng tư cá nhân. Với sự tiến bộ của công nghệ và sự mở rộng của các kịch bản ứng dụng, chúng sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong thế giới số trong tương lai.