FHE: Giải pháp tối ưu cho việc bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu

FHE( mã hóa toàn phần ) là một công nghệ mã hóa tiên tiến, cho phép thực hiện tính toán trực tiếp trên dữ liệu đã được mã hóa, từ đó xử lý dữ liệu trong khi vẫn bảo vệ quyền riêng tư. Công nghệ này có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như tài chính, y tế, điện toán đám mây, nhưng hiện vẫn đối mặt với những vấn đề như chi phí tính toán lớn và khả năng mở rộng kém, cần có những đột phá công nghệ hơn nữa để có thể thương mại hóa.

Nguyên tắc cơ bản của FHE

Cốt lõi của FHE là ẩn thông tin gốc thông qua đa thức và chuyển đổi tính toán thành dạng mạch. Toàn bộ quá trình bao gồm:

1. Chọn đa thức khóa, đa thức ngẫu nhiên và đa thức "lỗi" nhỏ.
2. Sử dụng các đa thức này để mã hóa văn bản gốc
3. Chuyển đổi tính toán thành dạng mạch điện
4. Sử dụng các kỹ thuật như chuyển đổi khóa, chuyển đổi mô-đun và khởi động để quản lý tiếng ồn

Điều quan trọng nhất là hướng dẫn ( Bootstrap ) công nghệ, nó có thể đặt lại tiếng ồn về mức độ ban đầu, từ đó đạt được tính toán sâu vô hạn. Hiện tại, các giải pháp FHE chủ đạo như TFHE, CKKS, v.v. đều sử dụng công nghệ hướng dẫn.

Những thách thức chính mà FHE phải đối mặt

Vấn đề lớn nhất của FHE là chi phí tính toán quá cao. Lấy ví dụ về giải mã AES-128, thời gian tính toán của phiên bản FHE lớn hơn khoảng 500 triệu lần so với phiên bản thông thường. Điều này chủ yếu do quá trình tính toán gián tiếp trong mật mã và chi phí bổ sung do các kỹ thuật như khởi tạo.

Để giải quyết vấn đề này, DARPA của Mỹ đã khởi động chương trình DPRIVE, với mục tiêu nâng cao tốc độ tính toán FHE lên gấp 1/10 so với tính toán thông thường. Chương trình chủ yếu tập trung vào các khía cạnh sau:

1. Tăng kích thước từ của bộ xử lý
2. Xây dựng bộ xử lý ASIC chuyên dụng
3. Sử dụng kiến trúc song song MIMD

Mặc dù kế hoạch DPRIVE sắp kết thúc, nhưng hiện tại vẫn chưa đạt được mục tiêu mong đợi, hiệu suất của FHE vẫn còn một chặng đường dài phải đi.

Ứng dụng của FHE trong blockchain

Trong lĩnh vực blockchain, FHE chủ yếu được sử dụng để bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu trên chuỗi, bao gồm:

• Giao dịch riêng tư trên chuỗi
• Bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu huấn luyện AI
• Bỏ phiếu trên chuỗi riêng tư
• Bảo vệ MEV v.v.

Tuy nhiên, do hạn chế về hiệu suất, hiện tại ứng dụng của FHE trong blockchain vẫn còn hạn chế.

Giới thiệu về các dự án FHE chính

Các dự án FHE trong lĩnh vực blockchain hiện tại chủ yếu bao gồm:

• Zama: Cung cấp bộ công cụ phát triển dựa trên TFHE
• Fhenix: Xây dựng Layer 2 Optimism ưu tiên quyền riêng tư
• Privasea: Bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu cho LLM
• Inco Network: Xây dựng FHE Layer 1
• Arcium: Sự kết hợp của nhiều công nghệ mật mã
• Octra: Triển khai FHE mới dựa trên hypergraphs

Triển vọng tương lai của FHE

Công nghệ FHE hiện vẫn đang ở giai đoạn đầu, còn rất xa mới đến được ứng dụng thương mại quy mô lớn. Sự phát triển trong tương lai chủ yếu phụ thuộc vào một số khía cạnh sau:

1. Tiến triển trong nghiên cứu phát triển chip FHE chuyên dụng
2. Thuật toán FHE hiệu quả hơn
3. Sự đầu tư liên tục của vốn
4. Triển khai trong các lĩnh vực quan trọng như quốc phòng, tài chính, y tế

Mặc dù phải đối mặt với nhiều thách thức, nhưng FHE như một công nghệ bảo vệ quyền riêng tư đầy hứa hẹn, vẫn đáng để mong đợi trong tương lai. Với những bước đột phá công nghệ không ngừng và sự mở rộng của các lĩnh vực ứng dụng, FHE có khả năng đạt được sự tăng trưởng bùng nổ trong tương lai, mang lại những thay đổi cách mạng cho việc bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu.