Порівняння технологій FHE, ZK та MPC: три великі шифрувальні технології мають свої переваги

У сучасну цифрову епоху безпека даних та захист приватності стають все більш важливими. Повна гомоморфна шифрування (FHE), нульові знання (ZK) та багатосторонні безпечні обчислення (MPC) є трьома передовими техніками шифрування, які відіграють важливу роль у різних сценаріях. У цій статті буде детально порівняно ці три технології, досліджуючи їх принципи роботи та застосування в сфері блокчейн.

Нульове знання (ZK): доведення без розкриття

Технологія нульових знань має на меті вирішити проблему, як перевірити правдивість інформації, не розкриваючи конкретного змісту. Вона ґрунтується на основах шифрування і дозволяє одній стороні (доказувачу) довести іншій стороні (перевіряючому), що вона знає певну таємницю, не розкриваючи жодної інформації про цю таємницю.

Наприклад, якщо хтось повинен довести компанії з оренди автомобілів, що його кредитний стан хороший, але не хоче надавати детальний банківський звіт. У цьому випадку "кредитний бал", подібний до того, що надають банки або платіжні програми, може бути використаний як форма нульового знання. Клієнт може довести, що його кредитний рейтинг відповідає вимогам, не показуючи конкретну інформацію про рахунок.

У сфері блокчейну застосування технології ZK можна порівняти з проектами анонімних монет. Коли користувач здійснює переказ, потрібно зберегти анонімність, а також довести, що він має право на переказ, щоб запобігти проблемі подвійної витрати. Завдяки генерації ZK-доказів, майнери можуть перевіряти законність транзакції, не знаючи особи ініціатора транзакції, і вносити її в блокчейн.

Багатостороннє захищене обчислення (MPC): співпраця в обчисленнях без витоку

Технологія багаторазових обчислень без розкриття даних переважно використовується для вирішення проблеми, як здійснити спільні обчислення з кількома сторонами, не розкриваючи чутливу інформацію. Вона дозволяє кільком учасникам спільно виконувати обчислювальні завдання, не вимагаючи від жодної зі сторін розкриття своїх вхідних даних.

Наприклад, троє людей хочуть обчислити свою середню зарплату, але не бажають розкривати один одному конкретні суми. Використовуючи технологію MPC, кожен може розділити свою зарплату на три частини та передати дві частини іншим двом. Потім кожен підсумовує отримані числа та ділиться результатом сумування. Нарешті, троє людей обчислюють загальну суму цих трьох результатів, щоб отримати середнє значення, але не можуть дізнатися конкретні суми зарплати інших.

У криптовалютній індустрії технологія MPC використовується для розробки більш безпечних систем гаманців. Деякі торгові платформи випустили гаманці MPC, які ділять приватний ключ на кілька частин, які зберігаються на телефоні користувача, в хмарах і на біржі. Навіть якщо користувач випадково втратить телефон, він все ще може відновити приватний ключ за допомогою інших частин. Цей підхід підвищує безпеку активів, одночасно спрощуючи користувацький досвід.

Повна гомоморфна шифрування (FHE): шифрування зовнішніх обчислень

Технологія повної гомоморфної шифрування вирішує питання, як дозволити третім особам виконувати обчислення над зашифрованими даними, при цьому захищаючи конфіденційність даних. Вона дозволяє власникам даних передавати зашифровану чутливу інформацію ненадійним третім особам для обробки, при цьому останні не можуть дізнатися зміст оригінальних даних.

У практичному застосуванні технологія FHE дозволяє власникам даних спеціально зашифрувати вихідні дані, а потім використовувати потужні обчислювальні ресурси третіх сторін для обробки цих зашифрованих даних, врешті-решт власник даних самостійно розшифровує і отримує справжній результат. Протягом усього процесу третя сторона не може дізнатися жодної інформації про вихідні дані.

Технологія FHE особливо важлива при обробці чутливих даних у середовищі хмарних обчислень. Наприклад, при обробці медичних записів або особистої фінансової інформації FHE може забезпечити постійне шифрування даних на всіх етапах обробки, що захищає безпеку даних і відповідає вимогам законодавства про конфіденційність.

У сфері шифрування, технологія FHE може бути використана для покращення механізму PoS (доказ права власності) та систем голосування. Наприклад, за допомогою технології FHE можна запобігти плагіату результатів верифікації між PoS-вузлами або уникнути ситуацій масового голосування під час процесу голосування. Це допомагає підвищити рівень децентралізації блокчейн-мережі та автентичність рішень.

Підсумок технічного порівняння

Хоча ZK, MPC та FHE всі спрямовані на захист конфіденційності та безпеки даних, між ними існують відмінності в сценаріях застосування та технологічній складності:

1. Сценарії застосування:

   • ZK зосереджується на "як довести", підходить для випадків, коли потрібно перевірити повноваження або особу.
   • MPC зосереджується на "як рахувати", підходить для випадків, коли кілька сторін повинні співпрацювати у розрахунках, але при цьому потрібно захистити конфіденційність своїх даних.
   • FHE звертає увагу на "як шифрувати", особливо підходить для складних обчислень в хмарних обчисленнях та AI-сервісах, які вимагають збереження даних у зашифрованому стані.

2. Технічна складність:

   • Теорія ZK потужна, але реалізація складна, вимагає глибоких знань математики та програмування.
   • MPC потребує вирішення проблеми синхронізації та комунікаційної ефективності під час впровадження, особливо в умовах участі кількох сторін.
   • FHE стикається з величезними викликами в обчислювальній ефективності, хоча в теорії він є надзвичайно привабливим, але на практиці все ще існує проблема високої обчислювальної складності та часових витрат.

Зі збільшенням рівня цифровізації ці технології шифрування відіграватимуть дедалі важливішу роль у захисті нашої безпеки даних та особистої конфіденційності. Розуміння та правильне застосування цих технологій є надзвичайно важливими для створення більш безпечного та надійного цифрового світу.