全同态加密技术简介及应用场景

全同态加密(FHE)是一种特殊的加密方案,允许在不解密的情况下对密文进行函数计算,得到该函数输出的加密结果,从而保护数据隐私。与传统的静态加密和传输中加密不同,FHE可以在密文上执行复杂的计算操作。

FHE的一个典型应用场景是线上投票系统。选民可以加密自己的投票结果并提交,中间实体收集所有加密的投票,统计得票数并公布最终结果,而无需解密每个人的具体投票内容。这避免了传统加密方案中中间人必须解密所有数据才能统计的问题,更好地保护了隐私。

FHE系统通常包含以下几类密钥:

1. 解密密钥:系统的主密钥,用于解密FHE密文,通常只由密钥持有者本地保管。

2. 加密密钥:用于将明文转换为密文,在公钥模式下可以公开。

3. 计算密钥:用于对密文进行同态运算,可以公开但不能用于破解密文。

FHE有几种常见的应用模式:

1. 外包模式:将敏感数据加密后交给云服务商进行计算,适用于PIR等场景。

2. 双方计算模式:双方各自提供私密数据进行联合计算,如"百万富翁问题"。

3. 聚合模式:聚合多个参与者的加密数据,用于联邦学习、投票系统等。

4. 客户端-服务器模式:服务器为多个客户端提供私有AI模型计算服务。

FHE的优势在于安全性基于密码学算法而非硬件,可以防止侧信道攻击。但目前计算开销较大,需要专用硬件支持才能广泛应用。未来随着技术进步,FHE有望在隐私计算领域发挥更大作用。