全同态加密:概述与应用场景

全同态加密(FHE)是一种特殊的加密方案,允许在不解密的情况下直接对密文进行函数计算,从而保护隐私。与传统的静态加密和传输中加密不同,FHE可以在密文上执行复杂的处理,这在多方协作的隐私保护场景中特别有用。

FHE的一个典型应用是线上投票系统。选民可以将加密后的投票提交给中间实体,该实体可以在不解密的情况下统计票数,最后只公布最终结果。这避免了传统方案中中间人需要解密所有选票才能统计的问题,从而更好地保护了投票隐私。

在FHE系统中,加密函数和计算过程是公开的,但输入数据和输出结果都是加密的。只有拥有解密密钥的人才能获取明文信息。FHE是一种紧凑型加密方案,输出密文的大小和解密复杂度只与原始输入有关,不依赖于计算过程的复杂程度。

FHE通常包含以下几种密钥:

1. 解密密钥:系统的主密钥,用于解密FHE密文,通常由用户本地保管。

2. 加密密钥:用于将明文转换为密文,在公钥模式下可以公开。

3. 计算密钥:用于对密文进行同态运算,也可以公开。

FHE的主要应用模式包括:

1. 外包模式:将敏感数据的计算任务外包给云服务提供商,同时保护数据隐私。

2. 两方计算模式:允许双方在不泄露各自隐私数据的情况下进行联合计算。

3. 聚合模式:安全地聚合来自多个参与者的数据,适用于联邦学习等场景。

4. 客户端-服务器模式:服务器为多个独立客户端提供私密AI模型计算服务。

FHE相比传统加密方案的主要优势在于可以在密文上进行复杂计算,为隐私保护带来了新的可能。但目前FHE的计算开销仍然很大,需要进一步的技术突破和专用硬件支持才能在更广泛的场景中实际应用。