Повністю гомоморфне шифрування: введення в принципи та сценарії застосування

Традиційні методи шифрування в основному включають статичне шифрування та шифрування під час передачі. Статичне шифрування зберігає зашифровані дані на апаратних пристроях, і лише уповноважені особи можуть їх розшифрувати. Шифрування під час передачі забезпечує, що дані, що передаються через мережу, можуть бути розшифровані лише призначеним отримувачем. Обидва ці методи залежать від алгоритмів шифрування і забезпечують цілісність даних за допомогою аутентифікаційного шифрування.

Однак деякі сценарії багатосторонньої співпраці вимагають складної обробки зашифрованих даних, що пов'язано з технологією захисту приватності, де повністю гомоморфне шифрування ( FHE ) є важливим рішенням. Наприклад, у випадку онлайн-голосування традиційні методи шифрування важко забезпечити точний підрахунок голосів, захищаючи при цьому приватність виборців. Технологія FHE дозволяє виконувати обчислення функцій без розшифрування, таким чином захищаючи приватність.

Система FHE зазвичай містить такі ключі:

1. Ключ для розшифрування: Головний ключ системи, використовується для розшифрування FHE шифрованих даних, зберігається лише власником.

2. Шифрувальний ключ: використовується для перетворення відкритого тексту в зашифрований, в режимі шифрування з відкритим ключем може бути опублікований.

3. Обчислення ключа: використовується для гомоморфних операцій над шифротекстом, може бути відкритим, але не може бути використаним для зламу шифротексту.

Типові сценарії застосування FHE включають:

1. Модель аутсорсингу: передача обчислювальних завдань хмарному провайдеру для захисту приватності даних.

2. Режим обчислень для обох сторін: обидві сторони проводять спільні обчислення без розкриття своїх конфіденційних даних.

3. Агрегативний режим: агрегація даних від кількох сторін у компактний і перевіряємий спосіб, підходить для сценаріїв, таких як федеративне навчання.

4. Клієнт-серверна модель: сервер надає приватні обчислювальні послуги для кількох незалежних клієнтів, такі як обчислення приватних AI-моделей.

Безпека FHE ґрунтується на алгоритмах шифрування і не залежить від апаратної безпеки. Для забезпечення достовірності обчислювальних результатів можна використовувати методи, такі як надмірні обчислення, цифрові підписи тощо. У сценах з участю кількох сторін зазвичай використовуються технології, такі як секретне розподілення, для управління ключем розшифрування, що підвищує загальну безпеку системи.

FHE є єдиним рішенням, яке наразі може гарантувати, що витрати ресурсів на гомоморфні обчислення пропорційні початковому завданню. Але FHE також стикається з технічними викликами накопичення шуму, що вимагає контролю рівня шуму шляхом операцій самозавантаження. З поглибленням досліджень та розробкою спеціалізованого обладнання, FHE має перспективи застосування в більшій кількості сцен, пов'язаних із захистом приватності.