Mã hóa đồng cấu hoàn toàn(FHE)：Công cụ bảo vệ quyền riêng tư trong thời đại AI

Thời gian gần đây, thị trường có phần yên ả, điều này đã cho chúng ta nhiều thời gian hơn để chú ý đến sự phát triển của một số công nghệ mới nổi. Mặc dù thị trường mã hóa năm 2024 có thể không sôi động như những năm trước, nhưng vẫn có một số công nghệ mới đang dần trở nên trưởng thành. Chủ đề mà hôm nay chúng ta sẽ thảo luận chính là một trong số đó: mã hóa đồng cấu hoàn toàn (Fully Homomorphic Encryption, viết tắt là FHE).

Để hiểu khái niệm phức tạp FHE này, chúng ta cần làm rõ nghĩa của "mã hóa" và "đồng cấu", cũng như lý do tại sao lại nhấn mạnh chữ "toàn".

Mã hóa các khái niệm cơ bản

Cách mã hóa đơn giản nhất mà mọi người đều quen thuộc. Ví dụ, Alice muốn gửi cho Bob một thông điệp bí mật "1314 520", nhưng không muốn bên thứ ba C biết nội dung. Cô có thể sử dụng một phương pháp mã hóa đơn giản: nhân mỗi số với 2, trở thành "2628 1040". Khi Bob nhận được thông điệp, chỉ cần chia mỗi số cho 2 thì sẽ có được thông tin gốc. Đây là một phương pháp mã hóa đối xứng cơ bản.

Mã hóa đồng cấu

Bây giờ giả sử Alice chỉ 7 tuổi, chỉ biết thực hiện các phép toán đơn giản nhân 2 và chia 2. Cô ấy cần tính tổng tiền điện trong 12 tháng của gia đình, mỗi tháng tiền điện là 400 đồng. Nhưng cô ấy không biết thực hiện các phép nhân phức tạp và không muốn người khác biết số tiền điện cụ thể.

Lúc này, Alice có thể sử dụng phương pháp mã hóa đồng cấu. Cô ấy nhân 400 với 2 được 800, nhân 12 với 2 được 24, sau đó để C tính kết quả của 800 nhân 24. Sau khi C tính ra 19200, C báo cho Alice, Alice lại chia kết quả cho 4, cô ấy đã có tổng phí điện đúng là 4800元.

Đây là một ví dụ đơn giản về mã hóa đồng cấu. 800 nhân 24 thực sự là ánh xạ của 400 nhân 12, hình thức trước và sau khi mã hóa giữ nguyên, vì vậy được gọi là "đồng cấu". Phương pháp này cho phép ủy quyền cho bên thứ ba không đáng tin cậy thực hiện tính toán, đồng thời bảo vệ dữ liệu nhạy cảm không bị rò rỉ.

Mã hóa đồng cấu hoàn toàn cần thiết

Tuy nhiên, các vấn đề trong thế giới thực thường phức tạp hơn. Nếu C đủ thông minh, có thể sử dụng phương pháp thử tất cả để phá vỡ dữ liệu gốc của Alice. Điều này đòi hỏi công nghệ "mã hóa đồng cấu hoàn toàn" mạnh mẽ hơn.

Mã hóa đồng cấu hoàn toàn cho phép thực hiện phép cộng và phép nhân tùy ý trên dữ liệu đã mã hóa, không chỉ giới hạn ở các loại phép toán hoặc số lần cụ thể. Điều này có thể làm tăng đáng kể độ khó trong việc phá vỡ, gần như loại bỏ khả năng bên thứ ba theo dõi dữ liệu riêng tư.

Công nghệ mã hóa đồng cấu hoàn toàn chỉ đạt được những bước tiến đột phá vào năm 2009, được coi là chén thánh trong lĩnh vực mã hóa.

Ứng dụng của công nghệ mã hóa đồng cấu hoàn toàn

Công nghệ FHE có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực AI. Như đã biết, các hệ thống AI mạnh mẽ cần được đào tạo bằng một lượng lớn dữ liệu, nhưng nhiều dữ liệu lại có giá trị riêng tư cao. Công nghệ FHE có thể giải quyết tốt mâu thuẫn này.

Cụ thể, người sở hữu dữ liệu có thể:

1. Sử dụng phương pháp mã hóa đồng cấu hoàn toàn để mã hóa dữ liệu nhạy cảm
2. Cung cấp dữ liệu đã được mã hóa cho hệ thống AI để thực hiện tính toán
3. Hệ thống AI xuất ra kết quả mã hóa

Do bởi hệ thống AI (đặc biệt là AI sinh) về bản chất là xử lý các vectơ chứ không phải hiểu ngữ nghĩa, nên có thể xử lý trực tiếp dữ liệu mã hóa. Các chủ sở hữu dữ liệu sau đó có thể giải mã kết quả một cách an toàn tại chỗ, thực hiện mục tiêu tận dụng sức mạnh tính toán mạnh mẽ của AI trong khi bảo vệ quyền riêng tư.

Phương pháp này có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như nhận diện khuôn mặt. Nó vừa giúp máy móc xác định liệu đó có phải là người thật hay không, vừa bảo vệ thông tin khuôn mặt của người dùng không bị lấy trực tiếp.

Thách thức của công nghệ FHE

Mặc dù công nghệ mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) có triển vọng rộng lớn, nhưng trong ứng dụng thực tế vẫn phải đối mặt với một số thách thức, chủ yếu là chi phí tính toán lớn. Để giải quyết vấn đề này, một số dự án đang cố gắng thiết lập mạng lưới tính toán chuyên dụng.

Ví dụ, một số dự án đã đưa ra kiến trúc mạng kết hợp các đặc điểm của PoW và PoS, và phát triển phần cứng khai thác chuyên dụng cùng với các cơ sở hạ tầng như NFT chứng nhận công việc, nhằm cung cấp hỗ trợ đủ về sức mạnh tính toán cho ứng dụng FHE.

Tầm quan trọng của FHE đối với sự phát triển của AI

Nếu công nghệ mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) có thể được áp dụng rộng rãi trong lĩnh vực AI, nó sẽ thúc đẩy sự phát triển của AI một cách đáng kể. Hiện tại, nhiều quốc gia đang tập trung vào việc quản lý AI chủ yếu liên quan đến an toàn dữ liệu và bảo vệ quyền riêng tư. Công nghệ FHE được kỳ vọng sẽ trở thành chìa khóa để giải quyết những vấn đề này.

Từ an ninh quốc gia đến bảo vệ quyền riêng tư cá nhân, các tình huống ứng dụng của công nghệ FHE có mặt ở khắp nơi. Trong kỷ nguyên AI sắp tới, công nghệ FHE có thể trở thành hàng rào cuối cùng bảo vệ quyền riêng tư của nhân loại.