FHE: Mặc áo choàng tàng hình của Harry Potter

Mã hóa toàn phần ( FHE ) là một công nghệ mã hóa tiên tiến, cho phép thực hiện tính toán trực tiếp trên dữ liệu đã mã hóa, từ đó xử lý dữ liệu mà vẫn bảo vệ quyền riêng tư. FHE có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như tài chính, y tế, và điện toán đám mây, nhưng do chi phí tính toán và bộ nhớ lớn, việc thương mại hóa vẫn cần thời gian.

Nguyên lý cơ bản

Cốt lõi của FHE là mã hóa dữ liệu gốc thông qua đa thức và thực hiện tính toán trong trạng thái mã hóa. Quy trình mã hóa đơn giản như sau:

1. Chọn đa thức khóa s(x)
2. Tạo đa thức ngẫu nhiên a(x)
3. Tạo đa thức "sai số" nhỏ e(x)
4. Bản rõ hóa m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Khi giải mã, biết s(x) sẽ có thể phục hồi rõ ràng m. Việc đưa vào đa thức ngẫu nhiên và lỗi nhằm tăng cường độ an toàn.

Để thực hiện tính toán trong trạng thái mã hóa, FHE chuyển đổi các phép toán thành mô hình mạch. Tuy nhiên, mỗi phép toán đều làm tăng tiếng ồn, cuối cùng có thể dẫn đến việc không thể giải mã chính xác. Để giải quyết vấn đề này, FHE đã áp dụng các công nghệ sau:

• Chuyển đổi khóa: Giảm kích thước văn bản mã hóa
• Chuyển đổi mô đun: Giảm tiếng ồn
• Hướng dẫn ( Bootstrap ): Đặt lại độ ồn về mức ban đầu

Mặc dù công nghệ Bootstrap có chi phí tính toán rất lớn, nhưng nó có thể thực hiện tính toán với độ sâu vô hạn, là chìa khóa để đạt được FHE thực sự.

Thách thức mà FHE đối mặt

Thách thức lớn nhất của FHE là chi phí tính toán khổng lồ của nó. So với tính toán thông thường, tốc độ tính toán của FHE có thể chậm hơn hơn 1 triệu lần. Mỹ đã khởi động chương trình DPRIVE của DARPA, cố gắng nâng tốc độ của FHE lên 1/10 tốc độ tính toán thông thường, nhưng tiến triển rất chậm.

Kế hoạch DPRIVE chủ yếu tập trung vào các phương diện sau:

1. Tăng độ dài từ của bộ xử lý
2. Phát triển bộ xử lý ASIC chuyên dụng
3. Xây dựng kiến trúc song song MIMD

Mặc dù công nghệ FHE tiến triển chậm, nhưng vẫn có ý nghĩa độc đáo trong việc bảo vệ dữ liệu nhạy cảm, đặc biệt trong các lĩnh vực quân sự, y tế và tài chính.

Kết hợp blockchain

Trong lĩnh vực blockchain, FHE có thể được sử dụng để bảo vệ quyền riêng tư trên chuỗi, quyền riêng tư dữ liệu đào tạo AI, quyền riêng tư bỏ phiếu trên chuỗi, v.v. Nó cũng được coi là một trong những giải pháp MEV tiềm năng. Tuy nhiên, chi phí tính toán cao của FHE có thể làm giảm đáng kể thông lượng của mạng.

Dự án chính

Hiện nay, hầu hết các dự án FHE đều sử dụng công nghệ do Zama cung cấp, chẳng hạn như Fhenix, Privasea, Inco Network, Mind Network, v.v. Những dự án này chủ yếu khác nhau về mô hình kinh doanh.

Zama dựa trên giải pháp TFHE, đã xây dựng một ngăn xếp phát triển blockchain + AI tương đối hoàn chỉnh. Octra sử dụng công nghệ hypergraphs độc đáo để thực hiện FHE và xây dựng một ngôn ngữ hợp đồng thông minh và giao thức đồng thuận mới.

Triển vọng

Công nghệ FHE vẫn ở giai đoạn rất sớm, sự phát triển của nó không bằng công nghệ chứng minh không biết. Những thách thức chính bao gồm chi phí cao, độ khó kỹ thuật lớn, và triển vọng thương mại không rõ ràng.

Với việc ngày càng có nhiều vốn và sự chú ý được đầu tư, dự kiến sẽ có nhiều dự án FHE xuất hiện hơn. Việc triển khai chip FHE là một trong những điều kiện then chốt để thương mại hóa. Mặc dù phải đối mặt với những trở ngại về công nghệ, nhưng FHE vẫn có tiềm năng lớn trong các lĩnh vực quốc phòng, tài chính, y tế, và có thể sẽ bùng nổ trong tương lai.