Công nghệ FHE: sức mạnh mới nổi trong lĩnh vực Blockchain

Công nghệ mật mã đóng vai trò quan trọng trong tiến trình văn minh nhân loại, đặc biệt không thể thiếu trong bảo mật thông tin và bảo vệ quyền riêng tư. Nó cung cấp sự bảo vệ cho việc truyền tải và lưu trữ dữ liệu trong nhiều lĩnh vực, và hệ thống khóa công khai - riêng tư không đối xứng cùng với hàm băm đã được Satoshi Nakamoto sáng tạo kết hợp, thiết kế ra cơ chế chứng minh công việc, từ đó thúc đẩy sự ra đời của Bitcoin, mở ra kỷ nguyên Blockchain.

Với sự phát triển của ngành công nghiệp Blockchain, một loạt các công nghệ mật mã tiên tiến không ngừng xuất hiện, trong đó chứng minh không biết (zero-knowledge proof), tính toán nhiều bên (multi-party computation) và mã hóa toàn phần (fully homomorphic encryption) là nổi bật nhất. Những công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều bối cảnh, chẳng hạn như chứng minh không biết kết hợp với giải pháp Rollup để giải quyết vấn đề mở rộng Blockchain, tính toán nhiều bên kết hợp với hệ thống khóa công khai và riêng tư thúc đẩy sự áp dụng quy mô lớn của người dùng. Còn mã hóa toàn phần, với tư cách là một trong những chén thánh của mật mã học, với những đặc tính độc đáo của nó cho phép bên thứ ba thực hiện bất kỳ phép toán nào trên dữ liệu mã hóa mà không cần giải mã, mang lại những khả năng mới cho nhiều lĩnh vực.

Tổng quan về FHE

FHE là viết tắt của mã hóa đồng nhất, đặc điểm cốt lõi của nó là cho phép thực hiện các phép toán và xử lý trên dữ liệu mã hóa, những phép toán này có thể trực tiếp ánh xạ đến dữ liệu rõ ràng, tức là giữ nguyên các thuộc tính toán học của dữ liệu đã mã hóa. "F" trong FHE có nghĩa là tính đồng nhất này đã đạt đến một tầm cao mới, cho phép thực hiện vô hạn các phép toán và xử lý trên dữ liệu đã mã hóa.

FHE thực tế sử dụng một loạt các thuật toán toán học phức tạp, yêu cầu tài nguyên tính toán rất cao. Trong lĩnh vực FHE, Microsoft và Zama nổi bật nhờ vào các sản phẩm mã nguồn mở xuất sắc. SEAL của Microsoft là một thư viện C++ hiệu quả hỗ trợ mã hóa toàn đồng nhất và một phần đồng nhất. TFHE của Zama là một thư viện C ngôn ngữ tập trung vào mã hóa toàn đồng nhất hiệu năng cao.

Quy trình thao tác cơ bản của FHE bao gồm: tạo khóa, mã hóa dữ liệu, thực hiện tính toán đồng hình, giải mã kết quả. Trong đó, việc quản lý khóa giải mã đặc biệt quan trọng, có thể áp dụng phương án tính toán an toàn đa bên theo ngưỡng để tăng cường độ an toàn.

fhEVM: Đặt nền tảng cho FHE

Để áp dụng FHE trên Blockchain, cách lý tưởng là đóng gói nó thành một thư viện mã hợp đồng thông minh chung. Điều này cần hỗ trợ từ máy ảo cho tập lệnh toán học phức tạp cần thiết cho FHE. EVM đã trở thành lựa chọn hàng đầu để thực hiện FHE, và công ty Zama đã thể hiện xuất sắc trong lĩnh vực này.

Zama đã ra mắt fhEVM, đây là một EVM đồng nhất hỗ trợ việc thực thi Solidity cho tính toán riêng tư. Các đặc điểm cốt lõi của fhEVM bao gồm:

• Cung cấp hỗ trợ FHE thông qua hợp đồng biên dịch trước
• Cơ chế giải mã dựa trên giao thức ngưỡng phân tán
• Thư viện hợp đồng Solidity giảm bớt rào cản phát triển

fhEVM cung cấp nền tảng vững chắc cho công nghệ FHE trong ứng dụng Blockchain, nhưng trong thực tế có thể vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức.

FHE-Rollups: Xây dựng hệ sinh thái FHE

fhEVM đơn thuần khó có thể tự hình thành hệ sinh thái hoàn chỉnh, cần dựa vào kiến trúc chuỗi công cộng hoặc các giải pháp Layer2/Layer3. Fhenix với vai trò tiên phong, khám phá việc kết hợp fhEVM với công nghệ Rollup, đề xuất xây dựng giải pháp Layer2 kiểu FHE-Rollups.

Fhenix áp dụng giải pháp Optimistic Rollups, ngăn xếp công nghệ của nó bao gồm:

• Biến thể của bộ chứng gian lận Arbitrum Nitro
• Thư viện cốt lõi fheOS
• Dịch vụ ngưỡng mạng ( TSN )

Phiên bản Fhenix Frontier do Fhenix phát hành cung cấp thư viện mã hợp đồng thông minh, API Solidity, chuỗi công cụ phát triển, v.v.

FHE Coprocessors: Giải pháp không phụ thuộc vào chuỗi

Fhenix giới thiệu mô-đun Relay, giúp các loại chuỗi công khai và mạng Layer2/3 có thể kết nối với FHE Coprocessors. Thông qua cơ chế Restaking của EigenLayer, hiệu suất và tính linh hoạt của FHE Coprocessors được nâng cao.

Quy trình sử dụng FHE Coprocessors bao gồm: gọi hợp đồng ứng dụng, yêu cầu xếp hàng Relay, thực hiện tính toán FHE Rollup, giải mã mạng ngưỡng, trả kết quả và xác minh các bước.

Ứng dụng của FHE

Công nghệ FHE thể hiện triển vọng rộng lớn trong nhiều lĩnh vực:

• Trò chơi toàn chuỗi bảo vệ quyền riêng tư: Bảo mật giao dịch kinh tế trò chơi bằng mã hóa, ngăn chặn thao tác thời gian thực
• DeFi/MEV: Bảo vệ dữ liệu nhạy cảm, giảm rủi ro tấn công MEV
• AI: Thực hiện đào tạo mô hình trên cơ sở bảo vệ quyền riêng tư cá nhân

Dự án giai đoạn đầu của hệ sinh thái FHE

Ngoài Zama và Fhenix, trong hệ sinh thái FHE còn có một loạt dự án đáng chú ý khác:

• Kem chống nắng: Tự phát triển trình biên dịch FHE
• Mind Network: Kết hợp mạng FHE của EigenLayer
• PADO Labs: Mạng tính toán phi tập trung kết hợp ZKP và FHE
• Arcium: Mạng tính toán bí mật song song
• Inco Network: Tập trung tối ưu chi phí tính toán FHE của Layer1
• Treat: FHE Layer3 của hệ sinh thái Shiba
• octra: Hỗ trợ mạng FHE có môi trường thực thi tách biệt
• BasedAI: Mạng lưới đưa tính năng FHE vào LLM
• Encifher: Phát triển FHEML xung quanh FHE
• Privasea: Mạng FHE bảo vệ quyền riêng tư cho suy luận ML trong lĩnh vực AI

Ngoài ra, các tổ chức phi lợi nhuận như FHE.org và FHE Onchain đã cung cấp các tài nguyên nghiên cứu và giáo dục quý giá cho hệ sinh thái.

Triển vọng công nghệ FHE rất sáng sủa, với sự phát triển của các dự án như Fhenix, hứa hẹn sẽ mang đến những đổi mới và sức sống mới cho Blockchain.