FHE: Майбутнє обчислень з захистом конфіденційності

Повна гомоморфна криптографія ( FHE ) є передовою криптографічною технологією, яка дозволяє виконувати обчислення безпосередньо над зашифрованими даними. Це означає, що можна обробляти чутливу інформацію, зберігаючи при цьому конфіденційність. FHE має потенційні застосування в таких сферах, як фінанси, медицина, хмарні обчислення, але наразі стикається з викликами, пов'язаними з величезними обчислювальними витратами.

Основні принципи FHE

Основна ідея FHE полягає в використанні поліномів для приховування вихідних даних. Наприклад, зашифроване число 2 може:

1. Виберіть поліно ключів s(x)
2. Створити випадковий多项式 a(x)
3. Додайте невеликий "шумовий" многочлен e(x)
4. Результат шифрування: c(x) = 2 + a(x)*s(x) + e(x)

Під час розшифрування, якщо знати ключі s(x), можна відновити первинні дані 2 з c(x).

Основною проблемою, з якою стикається FHE, є зростання шуму. Кожен обчислення збільшує шум, що в кінцевому підсумку може призвести до неможливості правильного розшифрування. Для цього дослідники запропонували кілька технологій:

• Перемикання ключів: зменшення розміру зашифрованого тексту
• Перемикання модуля: зниження шуму
• Самозапуск: скидання шуму до початкового рівня

Наразі основні рішення FHE використовують техніку самозапуску, але обчислювальні витрати все ще дуже великі.

Проблеми, з якими стикається FHE

У порівнянні з звичайними обчисленнями, витрати на обчислення FHE в кілька разів вищі. Згідно з оцінками Управління передових дослідницьких проектів Міністерства оборони США (DARPA), швидкість обчислень FHE приблизно в 1 мільйон разів повільніша, ніж у звичайних обчисленнях.

Щоб прискорити FHE, DARPA запустила програму DPRIVE, зосередившись на таких аспектах:

1. Збільшити розрядність процесора
2. Розробка спеціалізованих ASIC процесорів
3. Будування паралельної архітектури MIMD

Проте, план просувається повільно, і між ним і очікуваною метою залишається певна відстань.

Застосування повністю гомоморфного шифрування в блокчейні

У сфері блокчейну FHE в основному використовується для захисту конфіденційності даних, включаючи:

• Онлайнові приватні транзакції
• Захист конфіденційності даних для навчання ШІ
• Приватність голосування на ланцюгу
• Захист від MEV

Але FHE також стикається з викликами ефективності та вимогами до обчислювальних ресурсів.

Основні проекти

Основні проекти в галузі FHE на сьогодні включають:

• Zama: на базі рішення TFHE, надає повний набір інструментів для розробки
• Fhenix: Створення мережі Layer 2 з пріоритетом на конфіденційність
• Privasea: зосереджений на захисті приватності даних LLM
• Inco Network: побудова FHE Layer 1 мережі
• Arcium: інтеграція технологій FHE, MPC та ZK
• Mind Network: поєднання Restaking та архітектури підмережі FHE
• Octra: використовує унікальну технологію гіперграфів для реалізації FHE

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягання плаща Гаррі Поттера

Перспективи майбутнього

Технологія FHE все ще перебуває на ранній стадії, стикаючись з багатьма викликами:

1. Низька ефективність, великі витрати на обчислення
2. Висока складність реалізації проекту
3. Невизначеність комерційних перспектив
4. Брак капіталовкладень

Але з розробкою спеціалізованих чіпів і надходженням більше коштів, FHE має потенціал для революційних змін у таких сферах, як оборона, фінанси, медицина, звільняючи потенціал конфіденційних даних. Майбутній розвиток FHE має викликати очікування.