A tecnologia Blockchain evoluiu dramaticamente desde a sua origem com o Bitcoin em 2009, transformando-se de um mero registo de criptomoeda numa plataforma abrangente para aplicações descentralizadas. As suas características fundamentais - imutabilidade, transparência e descentralização - estabeleceram a blockchain como um quadro robusto para transações de dados seguras em vários setores, eliminando a necessidade de intermediários tradicionais.

Apesar destes avanços, as preocupações em torno da privacidade dos dados persistem. Embora a blockchain assegure a transmissão segura de dados através de criptografia, a descriptografia necessária para processamento abre potenciais brechas de segurança. Esta vulnerabilidade é particularmente aguda em áreas onde a confidencialidade e integridade dos dados são primordiais, como em aplicações descentralizadas (dApps) e sistemas financeiros que operam dentro do framework Web3.

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

Neste artigo, aprofundamos o significado de FHE e ZKP na melhoria da privacidade da aplicação blockchain, destacando o seu potencial para moldar o futuro da privacidade dos dados na tecnologia blockchain.

Introdução

FHE e ZKP traçam as suas origens há várias décadas. Ao longo do tempo, tanto FHE como ZKP evoluíram significativamente, mantendo-se cruciais para aprimorar a privacidade dos dados.

Criptografia Totalmente Homomórfica (FHE)

FHE é um método sofisticado de encriptação que permite que as funções sejam executadas diretamente em dados encriptados, preservando a sua confidencialidade durante todo o processo. Essencialmente, a FHE mantém os dados encriptados durante o armazenamento e a computação, tratando a encriptação como uma "caixa negra" 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, foi apenas em 2009, catalisado pelos avanços no poder de computação, que um esquema FHE viável surgiu. Este avanço é em grande parte 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 cifrados.
• Homomórfico: Refere-se à capacidade de realizar cálculos diretamente em dados criptografados sem descriptografá-los.
• Encriptação: Descreve o processo de converter informações para um formato seguro para prevenir acesso não autorizado.

Desde 2009, houve progressos notáveis em FHE, um grande avançochegou em 2013, que simplificou o relinearizaçãoo processo e melhorou significativamente a eficiência do FHE. Estes desenvolvimentos sublinham a capacidade do FHE de realizar uma variedade de operações aritméticas em dados encriptados, preservando a segurança e 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 teóricos, os ZKPs passaram por uma evolução significativa em 2012 com a descoberta dos zk-SNARKs, um tipo de ZKP que poderia autenticar virtualmente qualquer computação enquanto revelava informações mínimas.

Num 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 verdade da reivindicação sem aprender qualquer informação adicional. Esta abordagem permite ao provador divulgar apenas a prova necessária para validar a declaração, preservando assim a confidencialidade dos dados e melhorando a privacidade.

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

ZK vs FHE

Embora FHE e ZKP partilhem algumas semelhanças, diferem significativamente em funcionalidade. FHE pode calcular diretamente em dados encriptados sem revelar ou aceder aos dados brutos, produzindo resultados precisos sem expor a informação subjacente.

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Imagem via Morten Dahl‘soficina

Aqui está como as duas tecnologias diferem:

Cálculo de Criptografia

ZKP luta para calcular sobre 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 composição em redes 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 adequado para realizar cálculos intrincados em dados criptografados, tornando-o ideal para aplicações como aprendizado de máquina, MPC seguro e computações completamente privadas. Em comparação, ZKP é tipicamente usado para operações mais simples, como provar um valor específico sem divulgá-lo.

Aplicabilidade Universal

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

Esta comparação sublinha as vantagens e limitações distintas de cada tecnologia, ilustrando a sua relevância para diferentes cenários. Ambas as tecnologias são fundamentais para aplicações de Blockchain, mas ZKP tem atualmente um histórico mais estabelecido. Apesar disso, existe potencial para FHE evoluir e possivelmente tornar-se a solução mais adequada para a preservação da privacidade no futuro.

Uso conjunto de ZKP & FHE

Algumas aplicações têm experimentado de forma intrigante a combinação de ZKPs e FHE. Notavelmente, Craig Gentry e seus colegas exploraram formas de reduzir a sobrecarga de comunicação usando técnicas de criptografia hibrida totalmente homomórfica. Essas técnicas inovadoras foram aplicadas em vários contextos de blockchain e prometem ser exploradas em outros campos também.

Potenciais aplicações para ZKPs e FHE incluem:

• Computação em Nuvem Segura: FHE criptografa dados enquanto ZKPs verificam sua correção, permitindo cálculos seguros na nuvem sem expor os dados originais.
• Voto Eletrónico: Esta combinação garante a confidencialidade dos votos e confirma a contagem precisa dos votos.
• Transações Financeiras: Na área financeira, esta integração mantém a confidencialidade das transações, permitindo às partes verificar a correção das transações sem revelar informações detalhadas.
• Diagnóstico Médico: Os 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 melhorar tanto a identidade quanto a segurança de dados dentro de aplicações, merecendo uma maior exploração e pesquisa.

Projetos FHE atuais

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 ：Lançada 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 aproveita a tecnologia FHE.
5. Rede MentalUma solução de rollup de restaking de uso geral baseada em FHE.
6. PrivaseaUma plataforma de infraestrutura de dados que emprega a tecnologia FHE, facilitando cálculos em dados criptografados.

Conclusão

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

Esta tecnologia promete remodelar a segurança de dados em várias plataformas, anunciando uma nova era de privacidade sem precedentes. Alcançar este futuro exigirá avanços contínuos tanto em FHE quanto em ZKPs. Esforços colaborativos entre disciplinas - criptógrafos, engenheiros de software, especialistas em hardware e legisladores - são essenciais para navegar nos cenários regulatórios e promover uma adoção mais ampla.

À medida que avançamos para uma nova era de soberania digital, onde a privacidade e segurança dos dados estão integradas de forma transparente, estar informado sobre os últimos desenvolvimentos em FHE e ZKPs não pode ser subestimado. Manter-se informado irá capacitar-nos a navegar eficazmente neste cenário em evolução, aproveitando ao máximo essas ferramentas criptográficas avançadas.

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