全同態加密:概述與應用場景

全同態加密(FHE)是一種特殊的加密方案,允許在不解密的情況下直接對密文進行函數計算,從而保護隱私。與傳統的靜態加密和傳輸中加密不同,FHE可以在密文上執行復雜的處理,這在多方協作的隱私保護場景中特別有用。

FHE的一個典型應用是線上投票系統。選民可以將加密後的投票提交給中間實體,該實體可以在不解密的情況下統計票數,最後只公布最終結果。這避免了傳統方案中中間人需要解密所有選票才能統計的問題,從而更好地保護了投票隱私。

在FHE系統中,加密函數和計算過程是公開的,但輸入數據和輸出結果都是加密的。只有擁有解密密鑰的人才能獲取明文信息。FHE是一種緊湊型加密方案,輸出密文的大小和解密復雜度只與原始輸入有關,不依賴於計算過程的復雜程度。

FHE通常包含以下幾種密鑰:

1. 解密密鑰:系統的主密鑰,用於解密FHE密文,通常由用戶本地保管。

2. 加密密鑰:用於將明文轉換爲密文,在公鑰模式下可以公開。

3. 計算密鑰:用於對密文進行同態運算,也可以公開。

FHE的主要應用模式包括:

1. 外包模式:將敏感數據的計算任務外包給雲服務提供商,同時保護數據隱私。

2. 兩方計算模式:允許雙方在不泄露各自隱私數據的情況下進行聯合計算。

3. 聚合模式:安全地聚合來自多個參與者的數據,適用於聯邦學習等場景。

4. 客戶端-服務器模式:服務器爲多個獨立客戶端提供私密AI模型計算服務。

FHE相比傳統加密方案的主要優勢在於可以在密文上進行復雜計算,爲隱私保護帶來了新的可能。但目前FHE的計算開銷仍然很大,需要進一步的技術突破和專用硬件支持才能在更廣泛的場景中實際應用。