Які зміни принесе повне гомоморфне шифрування до Web3?

FHE – це святий Грааль обчислень. Цінність і обчислення переходять до відкритої мережі без дозволу. FHE ляже в основу більшості необхідної інфраструктури та програм. Оскільки ринок завмирає на ведмежому ринку, інвестори та розробники проектів завжди починатимуть шукати нові точки зростання.

За відсутності стійких гарячих точок це чудова можливість вивчити та отримати глибше розуміння нових технологій, оскільки нові технології можуть стати ядром наступного ринкового наративу.

Минулого місяця Portal Ventures, відома венчурна компанія шифрування, опублікувала статтю у своєму офіційному блозі, в якій детально обговорювалася технологія повністю гомоморфного шифрування (FHE). Однак ця глибока технічна стаття, здається, не привернула особливої уваги широкої громадськості.

Автор Portal Ventures висловився так: «Повністю гомоморфне шифрування є святим Граалем схем шифрування».

Розуміння технологій, на яких зосереджуються венчурні капітали, є критично важливим для інвесторів, оскільки це може допомогти нам передбачити та зрозуміти потенційні тенденції в наступному ринковому циклі. Насправді такі технології, як гомоморфне шифрування, підтвердження з нульовим знанням і багатосторонні безпечні обчислення, мали глибокий вплив на сферу криптографії, особливо повністю гомоморфне шифрування, яке може мати великий потенціал застосування в сферах криптовалюти та web3.

Проблема в тому, що більшість людей дуже мало уявляють, що таке повністю гомоморфне шифрування насправді, як воно працює та чим воно відрізняється від інших технологій. Коли ринок млявий, а інвестиційні настрої низькі, це, безсумнівно, мудрий вибір – вискочити з метушні ажіотажу та провести поглиблене дослідження та розуміння цих передових технологій.

Певною мірою випадково автору пощастило зіткнутися з технічними рішеннями, пов’язаними з FHE, на роботі кілька років тому. Тому я вирішив зробити поглиблене тлумачення цієї статті від Portal Ventures, сподіваючись надати вам деякі нові точки зору та мислення.

**Гомоморфне та повністю гомоморфне шифрування, що це таке? **

Якщо ви безпосередньо прочитаєте оригінальну статтю Portal Ventures, вас може збентежити складний математичний опис повністю гомоморфного шифрування (FHE).

Насправді, світ криптографії сповнений езотерики та техніки, але ми можемо пояснити ці поняття простим і популярним способом. У цьому розділі автор намагається надати вам кілька більш інтуїтивно зрозумілих і простих для розуміння прикладів, які допоможуть вам зрозуміти повністю гомоморфне шифрування.

Спочатку уявіть «секретну скриньку». Ви можете покласти будь-який предмет у цей ящик і замкнути його. Після блокування ви не зможете побачити або торкнутися вмісту коробки. Але, як не дивно, ця чарівна скринька дозволяє змінювати колір або форму предметів усередині, не відкриваючи її.

Як показано на малюнку вище, повністю гомоморфне шифрування можна розглядати як чарівну скриньку:

  1. Ваш конверт: це вихідні дані, які ви хочете зашифрувати.
  2. Операція з чарівною скринькою: навіть без розшифровки або відкриття конверта ви можете виконувати операції з даними в конверті (наприклад, додавання, віднімання тощо).
  3. Новий конверт: після виконання операції чарівної скриньки ви отримаєте новий результат шифрування.

Це основна ідея гомоморфного шифрування: оперувати зашифрованими даними, не знаючи самих даних.

Цей простий приклад допомагає зрозуміти, що робить «повністю гомоморфне шифрування». Але насправді сама концепція все ще трохи схожа на те, що ви говорите. Отже, що таке «повний» і «гомоморфний»?

1. Що таке "Повністю"?

  • У криптографії схема шифрування може підтримувати кілька операцій, таких як додавання, множення тощо. Коли ми говоримо, що схема шифрування є «повністю гомоморфною», ми маємо на увазі, що схема шифрування підтримує будь-яку кількість основних операцій (таких як додавання та множення) із зашифрованими даними без розшифровки. Це на відміну від частково гомоморфного шифрування, такого як схеми, які підтримують лише додавання або лише множення.

2.Що таке «гомоморфний»?

  • «Гомоморфізм» походить від грецького, що означає «однакова форма або структура». У криптографії, коли ми говоримо, що схема шифрування є гомоморфною, ми маємо на увазі, що деякі операції мають такий самий вплив на відкритий текст, як і на зашифрований текст. Іншими словами, якщо ви виконуєте операцію над зашифрованими даними, а потім розшифровуєте результат, це еквівалентно спочатку розшифровці даних, а потім виконанню тієї ж операції над розшифрованими даними.

3. Наприклад, розглянемо схему шифрування, яка підтримує гомоморфне додавання. Припустимо, у вас є два числа: 3 і 4. Ви можете спочатку зашифрувати два числа, а потім додати два зашифрованих числа за допомогою цієї гомоморфної схеми шифрування. Нарешті, ви розшифровуєте результат додавання. Отриманий розшифрований результат становитиме 7, що є таким самим, якби ви додали відкритий текст 3 і 4 безпосередньо.

Але ви можете запитати, як ми виконуємо ці операції додавання, віднімання, множення та ділення з нечислами? Фактично, ми можемо використовувати спеціальні методи кодування для перетворення нечислових даних у числову форму, щоб ми могли виконувати над ними такі операції, як додавання та множення. Це означає, що застосування повністю гомоморфного шифрування не обмежується математичними розрахунками, але також може широко використовуватися в інших сферах.

Щоб пояснити це поняття більш інтуїтивно, розглянемо приклад медичних даних.

  1. Припустімо, що лікарня має певні дані про пацієнтів, як-от вік і рівень цукру в крові, але не хоче надсилати їх безпосередньо постачальнику хмарних послуг для аналізу через проблеми конфіденційності.
  2. Використовуючи повністю гомоморфне шифрування, лікарні можуть спочатку зашифрувати ці дані.
  3. Уявіть, що постачальник хмарних послуг повинен обчислити середній вік усіх пацієнтів (це вимагає додавання та ділення) і суму значень глюкози в крові, помножену на кількість пацієнтів (це передбачає додавання та множення).
  4. Усі ці обчислення можна виконувати на зашифрованих даних без розшифровки. Постачальник хмарних послуг завершує обчислення без розшифровки даних, а потім повертає зашифровані результати до лікарні. Це забезпечує конфіденційність даних, а також відповідає потребам обробки даних.

У цьому полягає принадність повністю гомоморфного шифрування, яке забезпечує безпечний і гнучкий метод обробки даних.

**Чому FHE важливий? **

Наразі існуючі методи виконання обчислень із зашифрованими даними не є ідеальними. Вони відносно дорогі щодо використання ресурсів і часу.

Тому галузева стандартна процедура передбачає розшифровку даних третьою стороною (тобто компанією) перед виконанням обчислень.

Як конкретний приклад, уявіть, що у вас є файл даних, який містить фінансову інформацію про низку відомих осіб.

  • Давайте назвемо цей файл "M". Нам потрібна якась компанія для аналізу цих даних.
  • Який поточний процес? По-перше, я шифрую M за допомогою функції шифрування, наприклад RSA або AES. У цей момент M стає E(M), де E – функція шифрування.
  • Далі я надсилаю E(M) на сервер компанії. Тепер компанія розшифровує E(M) у відкритий текст за допомогою відповідної функції дешифрування D, а саме D(M).
  • Компанія безпосередньо аналізує звичайний текст файлу M.
  • Після завершення операції зашифруйте M ще раз, щоб створити E(M').
  • Потім компанія бере зашифрований M' і надсилає його мені, а я розшифровую його знову.

Головна проблема полягає в тому, що коли компанія розшифровує M і зберігає його на своїх серверах для обчислень, треті сторони отримують доступ до конфіденційних даних, які повинні бути захищені. Це створює проблеми, якщо ця особа зламана або має зловмисні наміри.

Повністю гомоморфне шифрування (FHE) вирішує цю проблему, дозволяючи виконувати обчислення із зашифрованими даними. Компанії більше не потрібно розшифровувати E(M). Він виконує аналіз безпосередньо зашифрованих даних. Немає потреби в дешифруванні та припущеннях довіри.

Підсумовуючи, запровадження повністю гомоморфного шифрування вирішує ключову проблему в поточному процесі обробки даних, тобто ризик конфіденційності, який може виникнути, коли дані обробляються третьою стороною. FHE надає нам спосіб ефективної обробки зашифрованих даних, забезпечуючи конфіденційність даних.

**Як використовується FHE у Crypto? **

Повністю гомоморфне шифрування (FHE) відкриває нові двері у світ шифрування та дає нам багато раніше немислимих сценаріїв застосування. Оригінальний опис сцени в оригінальній статті Poly Venture відносно простий, тому ми спробували використати таблицю, щоб дати більш упорядковану інтерпретацію.

**FHE vs ZK vs MPC, ви не можете помітити різницю? **

Дізнавшись про повністю гомоморфне шифрування (FHE), його легко порівняти з іншими знайомими технологіями, такими як докази з нульовим знанням (ZK) і багатосторонні обчислення (MPC). На перший погляд здається, що всі вони працюють над однаковими проблемами конфіденційності та комп’ютера. Але які насправді зв’язки та відмінності між цими трьома?

Спочатку давайте розберемо основні визначення цих трьох технологій:

  • FHE: дозволяє виконувати обчислення із зашифрованими даними без дешифрування. *ZK: Дозволяє одній стороні довести іншій стороні, що твердження правдиве, не розкриваючи жодної конкретної інформації про твердження.
  • MPC: дозволяє кільком сторонам спільно виконувати обчислення своїх особистих даних, не розкриваючи вхідні дані іншим учасникам.

Тоді давайте подивимося на їх схожість, відмінності та перетини з кількох вимірів:

1. Призначення:

  • Основним призначенням FHE є виконання обчислень без дешифрування. *Мета ЗК - довести правильність факту, не розкриваючи жодної інформації про цей факт.
  • Мета MPC — дозволити багатьом сторонам безпечно спільно обчислювати, не розкриваючи їхні відповідні вхідні дані.

2. Конфіденційність і обчислення:

  • У ZK обчислення не обов’язково приватні. Наприклад, хоча ви можете використовувати ZK, щоб перевірити, чи баланс банківського рахунку перевищує 100 000 доларів США, обчислення для такої перевірки не обов’язково є приватним.
  • Натомість FHE забезпечує конфіденційність обчислень, оскільки всі обчислення виконуються із зашифрованими даними.

3. Обмеження та проблеми:

  • Для MPC потрібен принаймні один чесний сервер, і на нього можуть впливати DDoS-атаки, атаки замовної змови та витрати на зв’язок.
  • ZK в основному використовується для підтвердження правильності, а не для конфіденційності.
  • Хоча FHE забезпечує надійну конфіденційність, він менш ефективний з точки зору обчислень і вимагає більше ресурсів.

4. Додаток у полі шифрування:

  • FHE можна використовувати для створення більш приватних смарт-контрактів та інших блокчейн-додатків.
  • ZK використовується для створення масштабованих блокчейн-рішень, таких як zk-rollups.
  • MPC в основному використовується для управління та зберігання приватних ключів.

5. Перехресне використання:

  • MPC можна об’єднати з FHE, щоб сформувати порогове значення FHE, що покращує безпеку, розділяючи один ключ шифрування FHE на декілька та надаючи по одному кожному учаснику.
  • zkFHE — це комбінація підтвердження нульового знання та повністю гомоморфного шифрування, яке досліджується для реалізації zk-зведень на смарт-контрактах FHE.

Загалом, хоча FHE, ZK і MPC частково збігаються, усі вони мають свої унікальні переваги та сценарії застосування. У криптосвіті всі три технології пропонують великий потенціал для підвищення конфіденційності та безпеки, але їх поєднання та подальші дослідження залишаються активною сферою для криптоспільноти.

Нарешті, ми також можемо надати версію таблиці для збереження потоку, щоб порівняти наведені вище технології разом, щоб допомогти кожному зрозуміти більш інтуїтивно.

Майбутнє для FHE

Зі сказаного вище можна відчути, що повністю гомоморфне шифрування (FHE), очевидно, є потужною технологією.

Але чому він не був широко прийнятий або навіть рідко згадувався в криптографічному КТ? З одного боку, існує певний поріг для розуміння самої технології, а з іншого боку, технологія FHE все ще стикається з деякими проблемами, що ускладнює легкий доступ до громадськості в комерційній формі.

Виклики можуть включати:

1. Обчислювальний інтенсивний: коли наш зашифрований текст взаємодіє, для підтримки безпеки буде додано більше шуму. Схеми FHE використовують методи «початкового завантаження» для зменшення шуму, але це дуже інтенсивне обчислення та ресурси.

2. Обмежені функції: обчислення FHE обмежуються додаванням, множенням та їх варіантами/комбінаціями. Наприклад, якщо оператори не можна використовувати в FHE, оскільки вміст зашифровано. Крім того, побудова відносно складних операцій, таких як порівняння та ділення, вимагає ретельного планування основної логіки, що призводить до більш складних методів програмування та меншої ефективності обчислень.

3. Проблеми сумісності/компонування: існуючі програми та постачальники послуг не створені для обчислень із зашифрованими даними. Це обмежує інтеграцію FHE з існуючими технологіями та збільшує інерцію, необхідну для розробки FHE-сумісних програм.

Можливі рішення:

1. Апаратний прискорювач: певні схеми FHE, такі як nuFHE та cuFHE, можуть використовувати прискорення GPU, але головним проривом стануть швидші FPGA та ASIC. Інші технології, такі як фотоніка, також досліджуються для прискорення використання апаратного забезпечення для FHE.

2. Нові парадигми програмування: так само, як пакети для складної математики, такі як pandas і numpy на Python, також будуть створені бібліотеки FHE. Наразі Zama та Sunscreen — це два проекти, які створюють такі бібліотеки та SDK для FHE. Крім того, необхідно створити спеціалізовані компілятори, які дозволять розробникам уніфікувати FHE, ZKP і MPC.

3. Інтеграція між FHE та існуючими рішеннями: рішення будуть створені, щоб зробити наявні інструменти сумісними з FHE, діючи як проміжний рівень між інструментами та зашифрованими даними FHE.

Нарешті, Portal Ventures знову підкреслив у висновку оригінальної статті:

«FHE — це святий Грааль обчислювальної техніки, і ми наближаємося до її комерціалізації. Цінність і обчислення переходять до відкритих мереж без дозволу, і ми віримо, що FHE ляже в основу значної частини необхідної інфраструктури та програм».

Крім того, вони також висловили інтерес до проектів, які зараз вивчають FHE. Таким чином, ми бачимо, що венчурні капітальні капітали зацікавлені в FHE, або що венчурні капітальні капітали будуть першими, хто зацікавиться жорсткими технологіями, які ще не потрапили в поле зору громадськості.

Історія показує, що проекти шифрування, засновані на нових технологіях, часто мають блискучий ореол і високі оцінки, і користуються попитом у різних столицях.

Перед початком наступного застілля дійсно варто витратити більше часу і заздалегідь вивчити особи гостей, щоб вільно розібратися з цим, коли почнеться банкет.

Переглянути оригінал
Ця сторінка може містити контент третіх осіб, який надається виключно в інформаційних цілях (не в якості запевнень/гарантій) і не повинен розглядатися як схвалення його поглядів компанією Gate, а також як фінансова або професійна консультація. Див. Застереження для отримання детальної інформації.
  • Нагородити
  • Прокоментувати
  • Репост
  • Поділіться
Прокоментувати
0/400
Немає коментарів
  • Закріпити