FHE：データプライバシー保護の究極のソリューション

FHE(全同態暗号)は、暗号化データ上で直接計算を行うことができる先進的な暗号技術です。これにより、プライバシーを保護しながらデータを処理することが可能です。この技術は金融、医療、クラウドコンピューティングなどの多くの分野で広範な応用の見込みがありますが、現在は計算コストが非常に大きい、スケーラビリティが悪いなどの問題に直面しており、商業化を実現するためにはさらなる技術的突破が必要です。

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FHEの基礎

FHEの核心は、多項式を通じて原文情報を隠し、計算を回路の形式に変換することです。プロセス全体には次のものが含まれます:

1. 鍵多項式、ランダム多項式、および小さな「エラー」多項式を選択します
2. これらの多項式を使用して原文を暗号化する
3. 計算を回路形式に変換する
4. ノイズを管理するために、キー切替え、モジュラス切替え、ブートなどの技術を使用する

その中で最も重要なのは、(Bootstrap)技術を導入することで、ノイズを初期レベルにリセットし、無限の計算深度を実現することです。現在主流のFHEソリューションであるTFHE、CKKSなどは、すべて導入技術を採用しています。

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FHEが直面している主な課題

FHEの最大の問題は計算コストが非常に高いことです。AES-128の復号を例にとると、FHEバージョンの計算時間は通常のバージョンの約5億倍です。これは主に、暗号学的な間接計算プロセスやブートストラップなどの技術による追加コストによるものです。

この問題を解決するために、アメリカのDARPAはDPRIVEプログラムを開始し、FHE計算速度を通常の計算の1/10に引き上げることを目指しています。このプログラムは主に以下のいくつかの側面から取り組んでいます:

1. プロセッサのワード長を拡大する
2. 専用ASICプロセッサを構築する
3. MIMD並列アーキテクチャの採用

DPRIVEプロジェクトはまもなく終了しますが、現時点では期待された目標には達しておらず、FHEの性能向上にはまだ長い道のりがあります。

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FHEのブロックチェーンにおける応用

ブロックチェーン分野では、FHEは主にオンチェーンデータのプライバシーを保護するために使用されます。これには以下が含まれます:

• オンチェーンプライバシートランザクション
• AIトレーニングデータのプライバシー保護
• オンチェーン投票のプライバシー
• MEV保護など

しかし、性能の制限により、現在のところFHEのブロックチェーンにおける応用は依然として限られています。

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主要FHEプロジェクトの紹介

現在のブロックチェーン分野におけるFHEプロジェクトは主に次のものが含まれます:

• Zama: TFHEに基づく開発ツールチェーンを提供
• Fhenix:プライバシーファーストのオプティミズムレイヤー2の構築
• Privasea: LLMに対するデータプライバシー保護
• インコネットワーク:FHEレイヤー1の構築
• Arcium:複数の暗号化技術の収束
• Octra: ハイパーグラフに基づく新しいFHE実装

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FHEの将来展望

FHE技術は現在まだ初期段階にあり、大規模な商業化アプリケーションにはまだ長い道のりがあります。今後の発展は主に以下のいくつかの側面に依存します:

1. 専用FHEチップの研究開発の進展
2. より効率的なFHEアルゴリズム
3. 継続的な資本投資
4. 国防、金融、医療などの重点分野への上陸

多くの課題に直面しているにもかかわらず、FHEは非常に有望なプライバシー保護技術として、将来にわたって期待される価値があります。技術の継続的な突破と応用シーンの拡大に伴い、FHEは将来的に爆発的な成長を遂げ、データプライバシー保護に革命的な変革をもたらすことが期待されています。