¿Qué cambios traerá el cifrado totalmente homomórfico a Web3?

FHE es el santo grial de la informática. El valor y la informática están en transición hacia una red abierta y sin permisos. FHE admitirá la mayoría de la infraestructura y las aplicaciones necesarias. A medida que el mercado se calma en un mercado bajista, los inversores y desarrolladores de proyectos siempre empezarán a buscar nuevos puntos de crecimiento.

En el período de ventana vacía y sin puntos de acceso continuos, es una excelente oportunidad para explorar y obtener una comprensión más profunda de las nuevas tecnologías, porque las nuevas tecnologías pueden convertirse en el núcleo de la próxima narrativa del mercado.

El mes pasado, Portal Ventures, una conocida empresa de capital riesgo de cifrado, publicó un artículo en su blog oficial que analizaba en detalle la tecnología de cifrado totalmente homomórfico (FHE). Sin embargo, este artículo técnico en profundidad no parece haber atraído una atención pública generalizada.

El autor de Portal Ventures lo expresa de esta manera: "El cifrado totalmente homomórfico es el santo grial de los esquemas de cifrado".

Comprender las tecnologías en las que se centran los capitalistas de riesgo es crucial para los inversores, ya que puede ayudarnos a predecir y comprender las tendencias subyacentes del próximo ciclo de mercado. De hecho, tecnologías como el cifrado homomórfico, la prueba de conocimiento cero y la informática segura multipartita han tenido un profundo impacto en el campo de la criptografía, especialmente el cifrado totalmente homomórfico, que puede tener un gran potencial de aplicación en los campos de las criptomonedas y la web3.

Pero el problema es que la mayoría de la gente sabe muy poco sobre qué es realmente el cifrado totalmente homomórfico, cómo funciona y en qué se diferencia de otras tecnologías. Cuando el mercado está lento y el sentimiento de inversión es lento, sin duda es una buena elección salir del ajetreo y el bullicio de las exageraciones y realizar una investigación y comprensión en profundidad de estas tecnologías de vanguardia.

Casualmente, el autor tuvo la suerte de entrar en contacto hace unos años con soluciones técnicas relacionadas con FHE en el trabajo. Por lo tanto, decidí hacer una interpretación en profundidad de este artículo de Portal Ventures, con la esperanza de brindarle algunas perspectivas y pensamientos nuevos.

**Cifrado homomórfico y totalmente homomórfico, ¿qué son exactamente? **

Si lee directamente el artículo original de Portal Ventures, es posible que se sienta confundido por la compleja descripción matemática del cifrado totalmente homomórfico (FHE).

De hecho, el mundo de la criptografía es esotérico y técnico, pero podemos explicar estos conceptos de una forma sencilla y popular. En esta sección, el autor intenta brindarle algunos ejemplos más intuitivos y fáciles de entender para ayudarlo a obtener una comprensión más profunda del cifrado totalmente homomórfico.

Primero, imagina una "caja secreta". Puede poner cualquier artículo en esta caja y cerrarla. Una vez bloqueada, no podrá ver ni tocar el contenido de la caja. Pero, sorprendentemente, esta caja mágica te permite cambiar el color o la forma de los elementos que contiene sin necesidad de abrirla.

Como se muestra en la figura anterior, el cifrado totalmente homomórfico puede verse como una caja mágica:

  1. Tu sobre (Tu Sobre): Representa los datos originales que deseas cifrar.
  2. Operación de la Caja Mágica: Incluso sin descifrar o abrir el sobre, puede realizar operaciones con los datos del sobre (como suma, resta, etc.).
  3. Nuevo sobre (Nuevo sobre): Después de la operación de la caja mágica, obtendrá un nuevo resultado cifrado.

Ésta es la idea básica del cifrado homomórfico: los datos cifrados se pueden operar sin conocer los datos en sí.

Este ejemplo popular ayuda a comprender qué está haciendo el "cifrado totalmente homomórfico". Pero, de hecho, el concepto en sí sigue siendo un poco como escuchar lo que dices. Entonces, ¿qué son "completos" y "homomórficos"?

1. ¿Qué es "completamente"?

  • En criptografía, los esquemas de cifrado pueden admitir una variedad de operaciones, como suma, multiplicación, etc. Cuando decimos que un esquema de cifrado es "completamente homomórfico", queremos decir que el esquema de cifrado admite cualquier cantidad de operaciones básicas (como suma y multiplicación) en datos cifrados sin descifrarlos. Esto contrasta con el cifrado parcialmente homomórfico, como los esquemas de solo suma o solo multiplicación.

2. ¿Qué es homomórfico?

  • "Homomorfismo" proviene del griego y significa "misma forma o estructura". En criptografía, cuando decimos que un esquema de cifrado es homomórfico, significa que algunas operaciones tienen el mismo efecto en texto plano que en texto cifrado. En otras palabras, si realiza alguna operación con datos cifrados y luego descifra el resultado, equivale a descifrar primero los datos y luego realizar la misma operación con los datos descifrados.

3. Por ejemplo, considere un esquema de cifrado que admita la suma homomórfica. Supongamos que tienes dos números: 3 y 4. Primero puede cifrar los dos números y luego agregar los dos números cifrados utilizando este esquema de cifrado homomórfico. Finalmente, descifras el resultado sumado. El resultado del descifrado será 7, que es el mismo resultado que obtendría sumando 3 y 4 directamente al texto sin formato.

Pero, podría preguntarse, ¿cómo realizamos estas operaciones de suma, resta, multiplicación y división en números que no son números? De hecho, podemos utilizar métodos de codificación específicos para convertir datos no numéricos en forma numérica para que podamos realizar operaciones como suma y multiplicación en ellos. Esto significa que la aplicación del cifrado totalmente homomórfico no se limita a los cálculos matemáticos, sino que también puede utilizarse ampliamente en otros campos.

Para explicar este concepto de forma más intuitiva, consideremos el ejemplo de los datos médicos.

  1. Supongamos que el hospital tiene algunos datos de los pacientes, como la edad y el nivel de azúcar en sangre, pero no quiere enviarlos directamente al proveedor de servicios en la nube para su análisis debido a cuestiones de privacidad.
  2. Al utilizar un cifrado totalmente homomórfico, los hospitales pueden cifrar estos datos primero.
  3. Imagine que un proveedor de servicios en la nube necesita calcular la edad promedio de todos los pacientes (esto requiere suma y división) y la suma de los valores de glucosa en sangre multiplicados por el número de pacientes (esto implica suma y multiplicación).
  4. Todos estos cálculos se pueden realizar con datos cifrados sin descifrarlos. El proveedor de servicios en la nube completa los cálculos sin descifrar los datos y luego devuelve los resultados cifrados al hospital. Esto garantiza la privacidad de los datos y al mismo tiempo satisface las necesidades de procesamiento de datos.

Éste es el encanto del cifrado totalmente homomórfico, que nos proporciona un método de procesamiento de datos seguro y flexible.

**¿Por qué es importante FHE? **

Actualmente, los métodos existentes para realizar cálculos sobre datos cifrados no son óptimos. Son relativamente caros en términos de uso de recursos y consumo de tiempo.

Por lo tanto, el procedimiento estándar de la industria es que un tercero (es decir, una empresa) descifre los datos antes de realizar los cálculos.

Como ejemplo concreto, imagine que tiene un archivo de datos que contiene información financiera sobre varias personas de alto perfil.

  • Llamemos a este archivo "M". Necesitamos alguna empresa para analizar estos datos. *¿Cómo es el proceso actual? Primero, cifro M usando una función de cifrado como RSA o AES. En este punto, M se convierte en E(M), donde E es la función de cifrado.
  • A continuación, envío E(M) al servidor de la empresa. La empresa ahora descifra E(M) en texto plano, D(M), a través de la función de descifrado asociada D.
  • La empresa analiza directamente el archivo M en texto plano.
  • Una vez completada la operación, cifre M nuevamente para generar una E(M').
  • Luego, la empresa cifra la M', me la devuelve y yo la descifro nuevamente.

En concreto, la cuestión clave aquí es que cuando la empresa descifra M y lo almacena en sus servidores para su cálculo, terceros obtienen acceso a datos confidenciales que se supone deben estar protegidos. Esto puede causar problemas si la persona ha sido pirateada o tiene intenciones maliciosas.

El cifrado totalmente homomórfico (FHE) resuelve este problema al permitir que se realicen cálculos sobre datos cifrados. Las empresas ya no necesitan descifrar E(M). Realiza análisis directamente sobre datos cifrados. No es necesario descifrarlo ni hacer suposiciones de confianza.

En resumen, la introducción del cifrado totalmente homomórfico resuelve un problema clave en el proceso de procesamiento de datos actual, es decir, el riesgo de privacidad que puede estar expuesto cuando los datos son procesados por un tercero. FHE nos proporciona una manera de manejar de manera eficiente los datos cifrados y al mismo tiempo garantizar la privacidad de los datos.

**¿Cómo se aplica FHE en Crypto? **

El cifrado totalmente homomórfico (FHE) ha abierto una nueva puerta al mundo del cifrado, brindándonos muchos escenarios de aplicaciones que antes eran inimaginables. La descripción original de la escena en Poly Venture es relativamente simple, intentamos usar una tabla para hacer una interpretación más organizada.

**FHE, ZK y MPC, ¿no notas la diferencia? **

Después de comprender el cifrado totalmente homomórfico (FHE), es fácil compararlo con otras técnicas familiares, como las pruebas de conocimiento cero (ZK) y la computación multipartita (MPC). A primera vista, todos parecen estar trabajando en problemas informáticos y de privacidad similares. Pero ¿cuáles son las conexiones y diferencias reales entre los tres?

Primero, comprendamos las definiciones básicas de estas tres tecnologías:

  • FHE: permite realizar cálculos sobre datos cifrados sin descifrarlos. *ZK: Permite a una parte demostrarle a otra que una declaración es verdadera sin revelar ninguna información específica sobre la declaración.
  • MPC: permite que varias partes realicen cálculos conjuntos sobre sus datos privados sin revelar los datos de entrada a otros participantes.

Luego, veamos sus similitudes, diferencias e intersecciones desde múltiples dimensiones:

1. Propósito:

  • El objetivo principal de FHE es realizar cálculos sin descifrar. *El objetivo de ZK es demostrar la exactitud de un hecho sin revelar ninguna información sobre ese hecho.
  • El objetivo de MPC es permitir que varias partes realicen cálculos conjuntos de forma segura sin revelar sus respectivas entradas.

2. Privacidad e informática:

  • En ZK los cálculos no son necesariamente privados. Por ejemplo, aunque puede utilizar ZK para verificar que el saldo de una cuenta bancaria supera los $100 000, el cálculo para realizar dicha verificación no es necesariamente privado.
  • Por el contrario, FHE garantiza la privacidad de los cálculos porque todos los cálculos se realizan con datos cifrados.

3.Limitaciones y desafíos:

*MPC requiere al menos un servidor honesto y puede verse afectado por ataques DDoS, ataques de colusión silenciosa y sobrecarga de comunicación.

  • ZK se utiliza principalmente para demostrar la exactitud, no como técnica de privacidad.
  • Aunque FHE proporciona una gran privacidad, es computacionalmente menos eficiente y requiere mayores recursos.

4. Aplicación en el campo de cifrado:

  • FHE se puede utilizar para crear más contratos inteligentes privados y otras aplicaciones blockchain.
  • ZK se utiliza para crear soluciones blockchain escalables como zk-rollups.
  • MPC se utiliza principalmente para la gestión y custodia de claves privadas.

5. Uso cruzado:

  • MPC se puede combinar con FHE para formar un umbral FHE, lo que mejora la seguridad al dividir una clave de cifrado FHE en múltiplos y entregar una a cada participante.
  • zkFHE es una combinación de prueba de conocimiento cero y cifrado totalmente homomórfico y se está estudiando para implementar zk-rollups en contratos inteligentes FHE.

En general, aunque FHE, ZK y MPC se superponen en algunos aspectos, todos tienen sus propias ventajas y escenarios de aplicación únicos. En el mundo criptográfico, las tres tecnologías ofrecen un gran potencial para mejorar la privacidad y la seguridad, pero su combinación y la investigación adicional siguen siendo un área activa para la comunidad criptográfica.

Finalmente, también podemos proporcionar una versión de la tabla que ahorra flujo para comparar las tecnologías anteriores y ayudar a todos a comprenderlas de manera más intuitiva.

Perspectivas futuras de FHE

De lo anterior se desprende que el cifrado totalmente homomórfico (FHE) es obviamente una tecnología poderosa.

Pero, ¿por qué no se ha adoptado ampliamente, o incluso rara vez se ha mencionado en cripto CT? Por un lado, existe un cierto umbral para comprender la tecnología en sí y, por otro, la tecnología FHE todavía enfrenta algunos desafíos, lo que dificulta que llegue fácilmente al ojo público en forma comercial.

Los desafíos pueden incluir:

1. Computacionalmente intensivo: cuando nuestros textos cifrados interactúan entre sí, se agrega más ruido para mantener la seguridad. El esquema FHE utiliza tecnología de "arranque" para reducir el ruido, pero esto requiere mucha computación y recursos.

2. Funciones limitadas: Los cálculos FHE se limitan a la suma, multiplicación y sus variantes/combinaciones. Por ejemplo, no puede utilizar declaraciones if en FHE porque el contenido está cifrado. Además, construir operaciones relativamente complejas, como comparaciones y divisiones, requiere una planificación cuidadosa de la lógica subyacente, lo que resulta en técnicas de programación más complejas y menos eficiencia computacional.

3. Problemas de compatibilidad/composibilidad: las aplicaciones y los proveedores de servicios existentes no están diseñados para realizar cálculos con datos cifrados. Esto limita la integración de FHE con las tecnologías existentes y aumenta la inercia necesaria para desarrollar aplicaciones compatibles con FHE.

Soluciones posibles:

1. Acelerador de hardware: algunas soluciones FHE, como nuFHE y cuFHE, pueden usar aceleración de GPU, pero el principal avance vendrá de FPGA y ASIC más rápidos. También se están investigando otras tecnologías, como la fotónica, para acelerar los casos de uso de hardware para FHE.

2. Nuevo paradigma de programación: al igual que los paquetes para matemáticas complejas en Python, como pandas y numpy, también se crearán bibliotecas FHE. Actualmente, Zama y Sunscreen son dos proyectos que crean bibliotecas y SDK para FHE. Además, es necesario crear compiladores especializados para permitir a los desarrolladores unificar FHE, ZKP y MPC.

3. Integración entre FHE y las soluciones existentes: Se crearán soluciones para hacer que las herramientas existentes sean compatibles con FHE, actuando como una capa intermedia entre las herramientas y los datos cifrados de FHE.

Finalmente, Portal Ventures volvió a enfatizar en la conclusión del artículo original:

"FHE es el santo grial de la informática y nos estamos acercando a su comercialización. El valor y la informática están en transición hacia redes abiertas y sin permisos, y creemos que FHE sustentará gran parte de la infraestructura y las aplicaciones necesarias".

Además, también expresaron interés en proyectos que actualmente estudia la FHE. Por lo tanto, lo que podemos ver es que los capitalistas de riesgo están interesados en FHE, o que los capitalistas de riesgo serán los primeros en interesarse en tecnologías de núcleo duro que aún no han aparecido en el ojo público.

La historia muestra que los proyectos de cifrado basados en nuevas tecnologías suelen tener un halo brillante y valoraciones elevadas, y son buscados por diversos capitales.

Antes de que comience el próximo banquete, realmente deberíamos dedicar más tiempo e investigar las identidades de los invitados con anticipación para poder manejarlo con facilidad cuando comience el banquete.

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