FHE, ZK ve MPC: Üç Şifreleme Tekniğinin Derinlemesine Karşılaştırması

Son seferde tam homomorfik şifreleme (FHE) çalışmasının prensiplerini inceledik. Ancak, birçok kişi hala FHE'yi ZK, MPC gibi şifreleme teknolojileriyle karıştırmaya meyilli. Bu nedenle, bu makalede bu üç teknolojiyi detaylı bir şekilde karşılaştıracağız.

FHE vs ZK vs MPC

Hadi en temel sorudan başlayalım:

• Bu üç teknoloji nedir?
• Nasıl çalışırlar?
• Blockchain uygulamalarında nasıl bir rol oynarlar?

1. Sıfır Bilgi Kanıtı (ZK): "kanıtla ama ifşa etme" vurgusu yapar.

Sıfır Bilgi Kanıtı (ZK) teknolojisinin tartışma konusunun temel sorusu şudur: Herhangi bir somut içeriği ifşa etmeden, bilginin doğruluğunu nasıl doğrulayabiliriz.

ZK, şifrelemenin sağlam temelleri üzerine kuruludur. Sıfır bilgi kanıtı aracılığıyla, bir taraf diğer tarafa belirli bir sırrı bildiğini kanıtlayabilir, ancak bu sır hakkında herhangi bir bilgi vermek zorunda değildir.

Böyle bir senaryoyu hayal edin: Bir kişi, bir araç kiralama şirketinin çalışanına iyi bir kredi geçmişine sahip olduğunu kanıtlamak istiyor, ancak banka hesap dökümü gibi ayrıntılı bilgileri vermek istemiyor. Bu durumda, bankalar veya ödeme yazılımları tarafından sağlanan "kredi puanı" bir tür "sıfır bilgi kanıtı" gibidir.

Bu kişi, çalışanların "sıfır bilgi" koşulları altında, belirli hesap hareketlerini göstermeden iyi bir kredi puanına sahip olduğunu kanıtlayabiliyor; işte bu sıfır bilgi kanıtının uygulaması.

Blockchain alanında, anonim paraların uygulamalarına başvurulabilir:

Kullanıcılar para transferi yaptığında, hem anonim kalmalı hem de bu paraların transferi için yetkili olduklarını kanıtlamalıdır (çift harcama sorununu önlemek için), bu durumda bir ZK kanıtı oluşturulması gerekir.

Madenciler bu kanıtı gördükten sonra, gönderenin kimliğini bilmeden (yani gönderenin kimliği hakkında sıfır bilgiyle) işlem kayıtlarını zincire ekleyebilirler.

2. Çok taraflı güvenli hesaplama (MPC): "nasıl hesaplanır ama sızdırılmaz"

Çok taraflı güvenli hesaplama (MPC) teknolojisinin başlıca çözmeye çalıştığı sorun şudur: Hassas bilgileri ifşa etmeden, birden fazla katılımcının güvenli bir şekilde ortak hesaplama yapabilmesi.

Bu teknoloji, birden fazla katılımcının herhangi bir tarafın kendi girdi verilerini açıklamasına gerek kalmadan bir hesaplama görevini tamamlamasını sağlar.

Örneğin, eğer üç kişi ortalama maaşlarını hesaplamak istiyorlarsa ama kendi maaş miktarlarını açıklamak istemiyorlarsa, ne yapmalılar?

Herkes maaşını üç parçaya ayırabilir ve bu parçaların ikisini diğer iki kişiye takas edebilir. Herkes aldığı sayıları toplar ve bu toplam sonucu paylaşır.

Son olarak, üç kişi bu üç toplamın toplamını buldu ve böylece ortalamayı elde etti, ancak kendileri dışında diğer kişilerin kesin maaşlarını belirleyemediler.

Şifreleme para birimi alanında, MPC cüzdanı bu teknolojiyi kullanmıştır.

Bazı ticaret platformları tarafından sunulan temel MPC cüzdanını örnek alırsak, kullanıcıların artık 12 adet yedek kelimeyi hatırlamasına gerek kalmaz; bunun yerine, özel anahtarın 2/2 çoklu imza biçimine dönüştürülmesi benzeri bir yöntem kullanılır. Kullanıcının telefonunda bir kopya, kullanıcının bulutunda bir kopya ve ticaret platformunda bir kopya saklanır.

Eğer kullanıcı telefonu kazara kaybederse, en azından bulut ve işlem platformundaki paylar aracılığıyla özel anahtarı geri kazanabilir.

Elbette, güvenliği artırmak için bazı MPC cüzdanları, özel anahtar parçalarını korumak için daha fazla üçüncü tarafın dahil edilmesini desteklemektedir.

Bu nedenle, MPC gibi şifreleme teknolojisi temelinde, taraflar birbirine güvenmeden özel anahtarları güvenli bir şekilde kullanabilir.

3. Tam Homomorfik Şifreleme (FHE): "Dış kaynak bulmak için nasıl şifrelenir" vurgusunu yapar.

Tam Homomorfik Şifreleme (FHE) esas olarak şu alanlarda uygulanır: Hassas verileri nasıl şifreleyeceğimiz, böylece şifreli verilerin güvensiz üçüncü taraflara yardımcı hesaplamalar için verilebilmesi ve sonuçların yine de bizim tarafımızdan çözülebilmesidir.

Bir örnek vermek gerekirse, eğer birinin yeterli hesaplama gücü yoksa, başkalarına hesaplama yaptırması gerekebilir ama gerçek verileri ifşa etmek istemiyorsa, o zaman orijinal verileri gürültü ile birleştirip (birkaç kez toplama/çarpma şifrelemesi yaparak), başkalarının güçlü hesaplama gücünü bu verileri işlemek için kullanabilir. Sonunda, kendisi gerçek sonucu çözebilirken, hesaplama yapan taraf içeriği hakkında hiçbir şey bilmemektedir.

Hayal edin, eğer hassas verileri bulut bilişim ortamında işlemeniz gerekiyorsa, örneğin tıbbi kayıtlar veya kişisel finansal bilgiler, FHE özellikle önem kazanır. Bu, verilerin işleme süreci boyunca şifrelenmiş durumda kalmasına olanak tanır; bu sadece verilerin güvenliğini sağlamakla kalmaz, aynı zamanda gizlilik düzenlemelerine de uyar.

Kripto para alanında, FHE teknolojisi hangi uygulamaları getirebilir? Örneğin, bir proje PoS mekanizmasının bir yerel sorununa dikkat çekti:

Ethereum gibi büyük PoS protokollerinin çok sayıda doğrulayıcısı olduğundan, doğal olarak bir sorun yoktur. Ancak birçok küçük projenin karşılaştığı zorluk, doğrulama düğümlerinin doğuştan bir tembellik eğilimine sahip olmalarıdır.

Teorik olarak, düğümlerin görevi her bir işlemin yasallığını titizlikle doğrulamaktır. Ancak bazı küçük PoS protokollerinde, düğüm sayısının yetersiz olması ve "büyük düğümler" bulunması nedeniyle, birçok küçük düğüm şunu fark etti: Kendi başlarına hesaplama yapıp doğrulamaktansa, doğrudan büyük düğümlerin sonuçlarını takip etmek daha mantıklı.

Bu, şüphesiz ciddi bir merkezileşme sorununa yol açacaktır.

Aynı şekilde, oylama senaryosunda da benzer bir "takip etme" olayı vardır.

Örneğin, belirli bir merkeziyetsiz protokolün oylamasında, bir kuruluşun büyük bir oy hakkına sahip olması nedeniyle, bu kuruluşun tutumu bazı öneriler üzerinde belirleyici bir rol oynamaktadır. Birçok küçük oy sahibi yalnızca pasif bir şekilde oy vermek veya çekimser kalmak zorunda kalıyor ve bu durum, kamuoyunu gerçek bir şekilde yansıtamıyor.

Bu nedenle, bazı projeler FHE teknolojisini kullanıyor:

PoS düğümlerinin birbirinin cevaplarını bilmeden, makine hesap gücünden yararlanarak blok doğrulama işlemini tamamlamasını sağlamak, düğümlerin birbirini kopyalamasını önlemek.

veya

Seçmenlerin birbirlerinin oy verme niyetlerinden haberdar olmadan, yine de oy platformunu kullanarak oy sonuçlarını hesaplayabilmelerini sağlamak ve oy takibi davranışını önlemek.

Bu, FHE'nin blok zinciri alanındaki önemli uygulamalarından biridir.

Bu tür bir işlevselliği gerçekleştirmek için, yeniden staking katman protokolünü yeniden inşa etmek gerekir. Çünkü bazı protokoller gelecekte bazı küçük blok zincirlerine "dış kaynaklı düğüm" hizmeti sunacak, eğer FHE ile birleştirilirse, PoS ağının veya oylamanın güvenliğini önemli ölçüde artırabilir.

Tam olarak uygun bir benzetme yapacak olursak, küçük bir blok zincirinin böyle bir protokolü devreye alması, küçük bir ülkenin iç işlerini yönetmekte zorlanması ve bu nedenle yabancı askerleri davet etmesine benziyor.

Bu, bazı projelerin PoS/Restaking alanında diğer projelerle farklılaşmasının bir yoludur. Göreceli olarak, bu tür projeler geç başlamıştır ve son zamanlarda ana ağı başlatmıştır, erken dönem projelerine göre rekabet baskısı daha azdır.

Elbette, bu projeler AI alanında da hizmet sunmaktadır; örneğin, FHE teknolojisi ile AI'ya verilen verilerin şifrelenmesi, AI'nın orijinal verileri bilmeden bu verileri öğrenmesini ve işlemesini sağlamaktadır. Tipik örnekler arasında belirli AI ağlarıyla yapılan iş birlikleri bulunmaktadır.

Özet

ZK (sıfır bilgi kanıtı), MPC (çok taraflı hesaplama) ve FHE (tam homomorfik şifreleme) veri gizliliği ve güvenliğini korumak için tasarlanmış gelişmiş şifreleme teknolojileri olmasına rağmen, uygulama senaryoları ve teknik karmaşıklık açısından farklılık göstermektedir:

Uygulama alanları:

• ZK, "nasıl kanıtlanır" vurgular. Bu, bir tarafın başka bir tarafa belirli bir bilginin doğruluğunu kanıtlaması için, herhangi bir ek bilgi ifşa etmeden bir yol sunar. Bu teknoloji, yetki veya kimlik doğrulamanın gerekli olduğu durumlarda son derece faydalıdır.
• MPC, "hesaplamanın nasıl yapılacağını" vurgular. Bu, birden fazla katılımcının kendi girdilerini açıklamadan birlikte hesaplama yapmasına olanak tanır. Bu, veri işbirliğinin gerekli olduğu ancak tarafların veri gizliliğinin korunması gereken durumlarda, örneğin kurumlar arası veri analizi ve mali denetimlerde çok faydalıdır.
• FHE, "şifrelemenin nasıl yapılacağını" vurgular. Bu, verilerin her zaman şifrelenmiş durumda kalmasıyla, karmaşık hesaplamaların yetkilendirilmesini mümkün kılar. Bu, bulut bilişim/AI hizmetleri için özellikle önemlidir; kullanıcılar hassas verileri bulut ortamında güvenli bir şekilde işleyebilirler.

Teknik karmaşıklık:

• ZK teorik olarak güçlü olmasına rağmen, etkili ve uygulanması kolay sıfır bilgi kanıtı protokollerinin tasarımı oldukça karmaşık olabilir ve derin matematik ve programlama becerileri gerektirebilir.
• MPC'nin uygulanmasında senkronizasyon ve iletişim verimliliği sorunlarını çözmesi gerekmektedir, özellikle çok sayıda katılımcı olduğunda, koordinasyon maliyetleri ve hesaplama yükü oldukça yüksek olabilir.
• FHE, hesaplama verimliliği açısından büyük zorluklarla karşı karşıyadır; şifreleme algoritmaları oldukça karmaşıktır ve ancak 2009 yılında şekillenmiştir. Teorik olarak son derece çekici olmasına rağmen, pratik uygulamalardaki yüksek hesaplama karmaşıklığı ve zaman maliyeti hala başlıca engellerdir.

Bağlı olduğumuz veri güvenliği ve kişisel gizlilik koruma, benzeri görülmemiş zorluklarla karşı karşıya. Şifreleme teknolojisi olmadan, kısa mesajlarımız, yemek siparişlerimiz ve çevrimiçi alışveriş süreçlerimizdeki bilgiler tamamen ifşa olacak, tıpkı kilitsiz bir ev kapısı gibi, herkes dilediği gibi girebilir.

Bu makalenin okuyucuların bu üç önemli şifreleme teknolojisini daha iyi anlamalarına ve ayırt etmelerine yardımcı olmasını umuyorum.