Технология FHE: новая надежда на защиту конфиденциальности данных

Полностью однородное шифрование ( FHE ) является продвинутой технологией шифрования, которая позволяет выполнять вычисления непосредственно с зашифрованными данными, обеспечивая обработку данных при защите конфиденциальности. FHE имеет потенциальные применения в таких областях, как финансы, здравоохранение, облачные вычисления и т.д., но в настоящее время оно все еще далеко от массовой коммерциализации, основным вызовом является его огромные вычислительные затраты.

Основные принципы FHE

Основная идея FHE заключается в использовании многочленов для сокрытия исходных данных и обработке зашифрованных данных путем вычислений над многочленами. Конкретные шаги включают:

1. Выберите многочлен ключа
2. Генерация случайного многочлена
3. Введение небольшого "ошибочного" многочлена
4. Используйте вышеуказанный многочлен для шифрования исходных данных

Для решения проблемы накопления шума в процессе вычислений FHE использует такие технологии, как переключение ключей, переключение модулей и ведение. Среди них технология ведения может сбрасывать шум, что позволяет выполнять вычисления бесконечной глубины и является ядром FHE.

В настоящее время основными схемами FHE являются BGV, BFV, CKKS и другие, которые используют технологии управления.

Проблемы, с которыми сталкивается FHE

Основная проблема FHE заключается в том, что его вычислительные затраты крайне велики, он медленнее обычных вычислений в миллионы раз. С этой целью Агентство передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA) запустило программу DPRIVE, целью которой является увеличение скорости вычислений FHE до 1/10 от обычных вычислений.

DPRIVE в первую очередь сосредотачивается на следующих аспектах:

• Увеличить длину слова процессора
• Разработка специализированных ASIC-процессоров
• Построение параллельной архитектуры MIMD

Хотя прогресс медленный, уникальная ценность FHE в защите конфиденциальных данных все еще придает ему долгосрочное значение.

Применение FHE в блокчейне

FHE может быть применен для защиты конфиденциальности в блокчейне, включая:

• Приватность на блокчейне
• Конфиденциальность данных для обучения ИИ
• Приватное голосование на блокчейне
• Проверка конфиденциальности транзакций в цепочке
• Сопротивление MEV

Но FHE также принесёт новые вызовы, такие как снижение пропускной способности сети и повышение порога для запуска узлов.

Основные проекты FHE

В настоящее время основные проекты FHE включают:

• Zama: на основе схемы TFHE построен полный стек разработки
• Fhenix: построен на Zama, приватный Layer 2
• Privasea: использование FHE для вычислений данных LLM
• Inco Network: Сборка FHE уровня 1
• Arcium: интеграция технологий FHE, MPC и ZK
• Mind Network: Стейкинг-сеть на основе FHE
• Octra: использует технологию гиперграфов для реализации FHE

Перспективы

FHE все еще находится на ранней стадии и сталкивается с множеством технических и коммерческих вызовов. Однако с привлечением большего количества средств и команд, а также разработкой специализированных чипов, FHE имеет потенциал произвести революцию в таких областях, как оборона, финансы, здравоохранение, раскрывая потенциал конфиденциальных данных.