FHE: остаточне рішення для захисту конфіденційності даних

FHE( повна гомоморфна криптографія ) є передовою криптографічною технологією, яка дозволяє виконувати обчислення безпосередньо над зашифрованими даними, таким чином захищаючи конфіденційність під час обробки даних. Ця технологія має широкі перспективи застосування в багатьох сферах, таких як фінанси, охорона здоров'я, хмарні обчислення, але наразі все ще стикається з проблемами величезних обчислювальних витрат і поганої масштабованості, що вимагає подальших технологічних проривів для досягнення комерційної реалізації.

Основні принципи FHE

Основою FHE є приховування вихідної інформації за допомогою поліномів і перетворення обчислень у форму схеми. Весь процес включає:

1. Виберіть багаторазовий поліном ключа, випадковий поліном та малий поліном "помилки"
2. Використовуйте ці многочлени для шифрування оригінального тексту
3. Перетворення обчислень у форму схем
4. Використання технологій перемикання ключів, перемикання модулів та завантаження для управління шумом

Серед найважливіших є техніка (Bootstrap), яка може скинути шум до початкового рівня, що дозволяє здійснювати обчислення безмежної глибини. Наразі основні схеми FHE, такі як TFHE, CKKS та інші, використовують техніку Bootstrap.

Основні виклики, з якими стикається FHE

Основна проблема FHE полягає в надмірних обчислювальних витратах. Наприклад, при розшифровці AES-128 обчислювальний час версії FHE приблизно в 500 мільйонів разів більший, ніж у звичайної версії. Це в основному зумовлено додатковими витратами, які виникають через непрямі обчислення в криптографії та технології, такі як підказки.

Щоб вирішити цю проблему, американська DARPA запустила програму DPRIVE, мета якої полягає в підвищенні швидкості обчислень з повною гомоморфною криптографією до 1/10 звичайних обчислень. Програма зосереджена на кількох основних аспектах:

1. Збільшити розрядність процесора
2. Побудова спеціалізованого ASIC-процесора
3. Використання архітектури паралельного виконання MIMD

Хоча план DPRIVE наближається до завершення, наразі ще не досягнуто очікуваних цілей, і покращення продуктивності FHE ще потребує значного часу.

Застосування FHE в блокчейні

У сфері блокчейн FHE в основному використовується для захисту конфіденційності даних на ланцюгу, включаючи:

• Приватні транзакції на блокчейні
• Захист приватності даних для навчання ШІ
• Приватність голосування в блокчейні
• Захист від MEV тощо

Проте через обмеження продуктивності, наразі застосування FHE в блокчейні все ще обмежене.

Основні проєкти FHE

Наразі проекти FHE в сфері блокчейн здебільшого включають:

• Zama: надає інструментальний набір для розробки на основі TFHE
• Fhenix: побудова приватного оптимізму Layer 2
• Privasea: Захист даних для LLM
• Мережа Inco: створення FHE рівня 1
• Arcium: Поєднання різноманітних криптографічних технологій
• Octra: нова реалізація FHE на основі гіперграфів

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ Гаррі Поттера

Перспективи FHE

Технологія FHE наразі все ще на ранній стадії, до масового комерційного застосування ще далеко. Майбутній розвиток в основному залежатиме від кількох аспектів:

1. Розвиток досліджень спеціалізованих FHE чіпів
2. Більш ефективний алгоритм FHE
3. Постійне вкладення капіталу
4. Реалізація в ключових сферах, таких як оборона, фінанси, охорона здоров'я

Хоча FHE стикається з багатьма викликами, як перспективна технологія захисту конфіденційності, вона все ще заслуговує на очікування в майбутньому. Завдяки постійному прориву технологій і розширенню сфер застосування, FHE має потенціал для вибухового зростання в майбутньому, що принесе революційні зміни в захисту даних.