A tecnologia Blockchain evoluiu drasticamente desde sua origem com o Bitcoin em 2009, transformando-se de um mero livro-razão de criptomoedas em uma plataforma abrangente para aplicativos descentralizados. Seus atributos fundamentais - imutabilidade, transparência e descentralização - estabeleceram o blockchain como um framework robusto para transações de dados seguras em diversos setores, eliminando a necessidade de intermediários tradicionais.

Apesar desses avanços, as preocupações com a privacidade dos dados persistem. Embora a blockchain garanta a transmissão segura de dados por meio de criptografia, a decodificação necessária para o processamento abre potenciais brechas de segurança. Essa vulnerabilidade é particularmente aguda em áreas onde a confidencialidade e a integridade dos dados são fundamentais, como em aplicativos descentralizados (dApps) e sistemas financeiros operando dentro do framework Web3.

Para mitigar esses riscos, métodos criptográficos avançados como Criptografia Totalmente Homomórfica (FHE) e Provas de Conhecimento Zero (ZKPs) ganharam destaque. Essas tecnologias oferecem maneiras revolucionárias de calcular e verificar a confidencialidade de dados sem revelar as informações sensíveis subjacentes.

Neste artigo, exploramos a importância de FHE e ZKP na melhoria da privacidade de aplicativos blockchain, destacando seu potencial para moldar o futuro da privacidade de dados na tecnologia blockchain.

Introdução

FHE e ZKP traçam suas origens há várias décadas. Ao longo do tempo, tanto FHE quanto ZKP evoluíram significativamente, permanecendo crucial para aprimorar a privacidade dos dados.

Criptografia Totalmente Homomórfica (FHE)

O FHE é um sofisticado método de criptografia que permite que as funções sejam executadas diretamente nos dados criptografados, preservando sua confidencialidade durante todo o processo. Essencialmente, o FHE mantém os dados criptografados durante o armazenamento e a computação, tratando a criptografia como uma "caixa preta" segura, onde apenas o proprietário da chave secreta pode revelar a saída. Inicialmente concebido em 1978, o conceito visava modificar o hardware do computador para permitir o processamento seguro de dados criptografados. No entanto, não foi até 2009, catalisado pelos avanços no poder de computação, que um esquema viável de FHE surgiu. Este avanço é amplamente creditado a Craig Gentry, cujo trabalho inovadormarcou um marco significativo no campo.

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Imagem via Zama

Termos-chave explicados:

• Totalmente: Indica a capacidade de realizar uma variedade de operações, como adição e multiplicação, em dados criptografados.
• Homomórfico: Refere-se à capacidade de realizar cálculos diretamente em dados criptografados sem descriptografá-los.
• Criptografia: Descreve o processo de converter informações em um formato seguro para evitar acesso não autorizado.

Desde 2009, notáveis progressos foram feitos em FHE, um dos principaisavançochegou em 2013, o que simplificou o relinearizaçãoprocesso e eficiência significativamente melhorada da FHE. Estes desenvolvimentos sublinham a capacidade da FHE de realizar uma série de operações aritméticas em dados criptografados, preservando a segurança e a integridade dos dados sem os expor.

Prova de conhecimento zero (ZKP)

ZKPs foram introduzidos no seminal 1985papel"A Complexidade do Conhecimento dos Sistemas de Prova Interativos" por Shafi Goldwasser, Silvio Micali e Charles Rackoff. Originalmente teóricas, as Provas de Conhecimento Zero passaram por uma evolução significativa em 2012 com a descoberta das zk-SNARKs, um tipo de ZKP que poderia autenticar virtualmente qualquer computação enquanto revelava informações mínimas.

Em um ZKP típico, existem dois papéis principais: o provador e o verificador. O provador tem como objetivo confirmar uma reivindicação específica, e o papel do verificador é avaliar a veracidade da reivindicação sem aprender nenhuma informação adicional. Essa abordagem permite que o provador divulgue apenas a prova necessária para validar a declaração, preservando assim a confidencialidade dos dados e aprimorando a privacidade.

As aplicações práticas de ZKPs dispararam com o aumento das tecnologias de blockchain e criptomoedas. Agora são fundamentais para facilitar transações privadas e aumentar a segurança de contratos inteligentes. O advento dos zk-SNARKs catalisou o desenvolvimento de soluções como zCash, zkRollups e zkEVMs, transformando uma busca acadêmica anterior em um ecossistema vibrante cheio de aplicações do mundo real. Essa transição destaca a crescente relevância dos ZKPs na segurança de sistemas descentralizados como Ethereum e na promoção de uma infraestrutura digital robusta centrada na privacidade.

ZK vs FHE

Embora FHE e ZKP compartilhem algumas semelhanças, eles se divergem significativamente em funcionalidade. FHE pode computar diretamente em dados criptografados sem revelar ou acessar os dados brutos, produzindo resultados precisos sem expor as informações subjacentes.

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Imagem via Morten Dahl‘soficina

Aqui está como as duas tecnologias diferem:

Computação de Criptografia

ZKP luta para computar dados criptografados de vários usuários, como tokens ERC-20 privados, sem comprometer a segurança. Em contraste, FHE se destaca nessa área, oferecendo maior flexibilidade e composabilidade em redes de blockchain. No entanto, ZKP frequentemente requer integrações personalizadas para cada nova rede ou ativo.

Escalabilidade

Atualmente, ZKP é considerado mais escalável do que FHE. No entanto, espera-se que FHE melhore em escalabilidade à medida que os avanços tecnológicos continuam nos próximos anos.

Cálculos Complexos

FHE é bem adequado para realizar cálculos intricados em dados criptografados, tornando-o ideal para aplicações como aprendizado de máquina, MPC seguro e cálculos totalmente privados. Em comparação, ZKP é tipicamente usado para operações mais simples, como provar um valor específico sem revelá-lo.

Universal Applicability

ZKPs se destacam em aplicações específicas como verificação de identidade, autenticação e escalabilidade. No entanto, FHE pode ser utilizado em um espectro mais amplo de aplicações, incluindo computação em nuvem segura, IA preservadora de privacidade e processamento de dados confidenciais.

Essa comparação destaca as vantagens e limitações distintas de cada tecnologia, ilustrando sua relevância para diferentes cenários. Ambas as tecnologias são fundamentais para aplicações blockchain, mas ZKP atualmente tem um histórico mais estabelecido. Apesar disso, há potencial para que FHE evolua e possa se tornar a solução mais adequada para a preservação da privacidade no futuro.

Uso Conjunto de ZKP & FHE

Algumas aplicações têm experimentalmente experimentado combinar ZKPs e FHE. Notavelmente, Craig Gentry e seus colegas exploraram formas de reduzir o overhead de comunicação usando técnicas de criptografia homomórfica totalmente híbrida. Essas técnicas inovadoras foram aplicadas em vários contextos de blockchain e prometem exploração em outros campos também.

Aplicações potenciais para ZKPs e FHE incluem:

• Computação em Nuvem Segura: FHE criptografa dados enquanto ZKPs verificam sua correção, possibilitando cálculos seguros na nuvem sem expor os dados originais.
• Votação Eletrônica: Essa combinação garante a confidencialidade dos votos e confirma a contagem precisa dos votos.
• Transações Financeiras: Na área financeira, essa integração mantém a confidencialidade das transações, permitindo que as partes verifiquem a correção das transações sem revelar informações detalhadas.
• Diagnóstico Médico: Dados médicos criptografados podem ser analisados por profissionais de saúde que podem confirmar diagnósticos sem acessar informações sensíveis do paciente.

A integração de ZKPs e FHE promete aprimorar tanto a identidade quanto a segurança de dados dentro de aplicativos, merecendo uma exploração e pesquisa adicionais.

Projetos atuais de FHE

Os seguintes são alguns projetos dedicados à aplicação da tecnologia FHE no campo da blockchain:

1. Zama: Uma empresa de criptografia de código aberto dedicada ao desenvolvimento de soluções FHE para blockchain e IA.
2. Rede Secreta ：Lançado em 2020, é uma plataforma blockchain que incorpora contratos inteligentes de preservação da privacidade.
3. Protetor solarUm compilador especificamente projetado para FHE e ZKPs.
4. FhenixUma blockchain confidencial de Camada 2 que alavanca a tecnologia FHE.
5. Rede da MenteUma solução de rollup de restaking de uso geral com base em FHE.
6. PrivaseaUma plataforma de infraestrutura de dados que emprega tecnologia FHE, facilitando cálculos em dados criptografados.

Conclusão

FHE está se estabelecendo rapidamente como um componente fundamental da cibersegurança, especialmente evidente na computação em nuvem, onde gigantes da indústria como Google e Microsoft estão adotando-o para processar e armazenar dados de clientes de forma segura sem comprometer a privacidade.

Essa tecnologia promete remodelar a segurança de dados em várias plataformas, anunciando uma nova era de privacidade incomparável. Alcançar esse futuro exigirá avanços contínuos tanto em FHE quanto em ZKPs. Esforços colaborativos entre disciplinas - criptógrafos, engenheiros de software, especialistas em hardware e formuladores de políticas - são essenciais para navegar pelos cenários regulatórios e promover uma adoção mais ampla.

À medida que avançamos para uma nova era de soberania digital, onde a privacidade e segurança de dados são integradas de forma transparente, manter-se informado sobre os últimos desenvolvimentos em FHE e ZKPs não pode ser subestimado. Manter-se informado nos capacitará a navegar efetivamente por esta paisagem em evolução, aproveitando ao máximo essas ferramentas criptográficas avançadas.

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