FHE: Новая граница защиты конфиденциальности данных

FHE(全同态加密) является передовой криптографической технологией, которая позволяет выполнять вычисления непосредственно на зашифрованных данных, обеспечивая при этом защиту конфиденциальности при обработке данных. FHE имеет потенциальные применения в таких областях, как финансы, здравоохранение, облачные вычисления, однако из-за огромных вычислительных затрат коммерциализация все еще требует времени.

Основные принципы FHE

核心 FHE заключается в использовании многочленов для сокрытия исходных данных. Упрощенная система FHE может включать:

• Выберите многочлен ключа s(x)
• Сгенерировать случайный многочлен a(x)
• Сгенерировать малый многочлен "шум" e(x)
• Шифрованный текст m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Для расшифровки достаточно знать s(x), чтобы восстановить открытый текст. Введение шума предназначено для повышения безопасности, но также создает проблемы - шум накапливается в процессе вычислений и в конечном итоге может привести к невозможности правильной расшифровки.

Чтобы решить проблему шума, FHE использует несколько технологий:

• Переключение ключа: сжатие размера зашифрованного текста
• Переключение модуляции: уменьшение бюджета шума
• Самозапуск: сброс шума до начального уровня

В настоящее время основные схемы FHE основаны на технологии самозапуска, но вычислительные затраты все еще очень велики.

Проблемы, с которыми сталкивается FHE

Основная проблема FHE заключается в его огромных вычислительных затратах. По оценкам, вычисления FHE медленнее обычных вычислений примерно в 1 миллион раз. Для решения этой проблемы Агентство передовых оборонных исследований Министерства обороны США (DARPA) запустило программу DPRIVE, целью которой является увеличение скорости вычислений FHE до 1/10 от скорости обычных вычислений.

План DPRIVE в основном сосредоточен на следующих аспектах:

• Увеличить длину слова процессора
• Разработка специализированных ASIC-процессоров
• Строительство параллельной архитектуры MIMD

Несмотря на медленный прогресс, технология FHE по-прежнему имеет важное значение для защиты конфиденциальных данных, особенно в постквантовую эпоху.

Применение FHE в блокчейне

В области блокчейна FHE в основном используется для защиты конфиденциальности данных, приложения включают:

• Защита конфиденциальности на блокчейне
• Приватность данных для обучения ИИ
• Приватность голосования на блокчейне
• Снижение MEV

Тем не менее, FHE также сталкивается с такими вызовами, как снижение пропускной способности сети и увеличение требований к работе узлов.

Основные проекты FHE

Основные проекты FHE в настоящее время включают:

• Zama: основанный на схеме TFHE, предоставляет полный стек разработки
• Fhenix: создание приоритетного для конфиденциальности Optimism Layer 2
• Privasea: сосредоточен на вычислениях данных LLM
• Inco Network: Сборка FHE уровня 1
• Mind Network: сочетание модели Restaking
• Octra: использует уникальную технологию гиперграфов для реализации FHE

Перспективы

Технология FHE все еще находится на ранней стадии и сталкивается с множеством вызовов. Однако с разработкой специализированных чипов и увеличением капиталовложений, FHE обещает принести глубокие изменения в таких областях, как оборона, финансы и здравоохранение. Несмотря на долгий путь к коммерциализации, FHE как важный инструмент защиты конфиденциальности обладает огромным потенциалом для будущего развития.