FHE: Майбутнє обчислень конфіденційності

Повна гомоморфна криптографія ( FHE ) є передовою криптографічною технологією, яка дозволяє безпосередньо виконувати обчислення на зашифрованих даних, обробляючи дані за умов захисту конфіденційності. FHE має потенційні застосування в багатьох сферах, таких як фінанси, медицина, хмарні обчислення, але через величезні обчислювальні витрати наразі стикається з викликами в комерційній реалізації.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

Основні принципи FHE

Основою FHE є приховування інформації оригіналу за допомогою многочленів. Спрощена система FHE в цілому містить такі етапи:

1. Виберіть поліно ключа s(x)
2. Згенерувати випадковий багато项олa(x)
3. Згенерувати невеликий "помилковий" багаточлен e(x)
4. Криптографічний відкритий текст m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Введення шуму e(x) необхідно для запобігання атакам, коли зловмисники отримують зв'язок між s(x) та c(x) через повторний ввід. Проте шум також приносить проблему: з ростом кількості обчислень шум буде накопичуватися, що врешті-решт може призвести до неможливості правильного дешифрування.

Щоб вирішити проблему шуму, FHE використовує такі ключові технології:

• Перемикання ключа: стиснення розміру шифротексту
• Перемикання модуля: зменшення бюджету шуму
• Bootstrap: скинути шум до початкового рівня

Наразі основні схеми FHE використовують технологію Bootstrap, а представницькі реалізації включають BGV, BFV, TFHE тощо.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

Виклики, з якими стикається FHE

Найбільшим викликом FHE є величезні обсяги обчислень. У порівнянні з звичайними обчисленнями, швидкість обчислень FHE є приблизно в 1 мільйон разів повільнішою. Для прискорення обчислень FHE, американська DARPA ініціювала програму DPRIVE, метою якої є підвищення швидкості обчислень FHE до 1/10 звичайних обчислень. Ця програма переважно зосереджується на наступних аспектах:

1. Збільшити розрядність процесора
2. Побудова спеціалізованого ASIC процесора
3. Використання MIMD паралельної архітектури

Хоча план DPRIVE ще не досягнув очікуваних цілей, але в довгостроковій перспективі технологія FHE все ще має важливе значення для обробки чутливих даних, особливо в епоху постквантових технологій.

Застосування FHE в блокчейні

У сфері блокчейну FHE може бути використано для захисту конфіденційності в ланцюгу, конфіденційності даних для навчання ШІ, конфіденційності голосування тощо. Деякі проекти намагаються застосувати FHE для захисту від MEV, але також стикаються з проблемами ефективності та втрати позитивних зовнішніх ефектів.

Основні проекти FHE в блокчейні на сьогодні включають:

• Zama: надає стек розробки на основі TFHE
• Fhenix: Створення Layer 2 з пріоритетом на конфіденційність
• Privasea: застосування FHE для обчислення даних LLM
• Мережа Inco: створення FHE рівня 1
• Mind Network: об'єднує Restaking з підмережами на основі FHE
• Octra: використовує технологію гіперграфів для реалізації FHE

Перспективи майбутнього

Технологія FHE наразі все ще перебуває на ранній стадії, стикаючись з такими викликами, як низька ефективність та високі витрати. Але з надходженням більшої кількості фінансування та досліджень, а також розробкою спеціалізованих мікросхем, FHE має потенціал привести до глибоких змін у сферах національної оборони, фінансів, медицини та інших. Хоча шлях довгий, FHE як майбутнє обчислень конфіденційності має потенціал, який не слід недооцінювати.