全同態加密技術的發展與應用

全同態加密(FHE)是一種先進的加密技術,允許在不解密的情況下對加密數據進行計算。這一概念最早在20世紀70年代被提出,但直到2009年Craig Gentry展示了可以在加密數據上進行任意計算,才真正實現了全同態加密。

FHE的核心特性包括同態性、噪聲管理和無限操作。同態性意味着對密文的加法或乘法操作等同於對明文進行相同操作。噪聲管理對於控制計算精度至關重要。與部分同態加密和某種同態加密相比,FHE支持無限次的加法和乘法操作。

在區塊鏈領域,FHE有望成爲提升可擴展性和隱私保護的關鍵技術。它可以將透明的區塊鏈轉變爲部分加密形式,同時保留智能合約的控制。一些項目正在開發FHE虛擬機,允許程序員編寫操作FHE原語的智能合約代碼。這種方法可以解決當前區塊鏈的隱私問題,使加密支付、遊戲等應用成爲可能,同時保留交易圖以滿足監管要求。

FHE還可以通過隱私消息檢索(OMR)改善隱私項目的可用性,解決餘額信息檢索時間長和同步延遲等問題。雖然FHE本身不能直接解決區塊鏈可擴展性問題,但結合零知識證明可能爲可擴展性挑戰提供解決方案。

FHE與零知識證明(ZKP)是互補的技術。ZKP提供可驗證的計算和零知識屬性,而FHE允許在不暴露數據的情況下對加密數據進行計算。將兩者結合會顯著增加計算復雜性,因此只有在特定用例需要時才實用。

FHE的發展大約落後於ZKP三到四年,但正在迅速趕上。第一代FHE項目已開始測試,預計今年晚些時候發布主網。盡管FHE仍然比ZKP計算開銷更大,但其大規模採用的潛力正在顯現。

FHE面臨的主要挑戰包括計算效率和密鑰管理。自舉操作計算密集,但算法進步和工程優化正在改善這一問題。對於特定用例,可能存在不使用自舉的更高效替代方案。密鑰管理也帶來挑戰,需要進一步發展以克服單點故障問題。

多家公司正在開發FHE相關技術和應用:

• Arcium: 提供基於Solana的並行機密計算網路。
• Cysic: 專注於實時生成和驗證零知識證明的硬件加速。
• Zama: 開發FHE解決方案用於區塊鏈和AI。
• Sunscreen: 幫助工程師使用FHE構建和部署私密應用。
• Octra: 提出新型HFHE,在超圖上運行。
• Fhenix: 開發由FHE支持的以太坊Layer。
• Mind Network: 構建FHE重質押層用於DePIN和AI。
• Inco Network: 開發模塊化機密計算Layer 1區塊鏈。

FHE的監管環境在不同地區各不相同。雖然數據隱私得到廣泛支持,金融隱私仍是灰色地帶。FHE有潛力增強數據隱私,同時保持社會效益。

展望未來,FHE預計將在未來3-5年內取得顯著進展,從理論研究過渡到實際應用。隨着技術成熟,FHE有望推動加密生態系統中各類創新應用的發展。