全同态加密技术的发展与应用

全同态加密(FHE)是一种先进的加密技术,允许在不解密的情况下对加密数据进行计算。这一概念最早在20世纪70年代被提出,但直到2009年Craig Gentry展示了可以在加密数据上进行任意计算,才真正实现了全同态加密。

FHE的核心特性包括同态性、噪声管理和无限操作。同态性意味着对密文的加法或乘法操作等同于对明文进行相同操作。噪声管理对于控制计算精度至关重要。与部分同态加密和某种同态加密相比,FHE支持无限次的加法和乘法操作。

在区块链领域,FHE有望成为提升可扩展性和隐私保护的关键技术。它可以将透明的区块链转变为部分加密形式,同时保留智能合约的控制。一些项目正在开发FHE虚拟机,允许程序员编写操作FHE原语的智能合约代码。这种方法可以解决当前区块链的隐私问题,使加密支付、游戏等应用成为可能,同时保留交易图以满足监管要求。

FHE还可以通过隐私消息检索(OMR)改善隐私项目的可用性,解决余额信息检索时间长和同步延迟等问题。虽然FHE本身不能直接解决区块链可扩展性问题,但结合零知识证明可能为可扩展性挑战提供解决方案。

FHE与零知识证明(ZKP)是互补的技术。ZKP提供可验证的计算和零知识属性,而FHE允许在不暴露数据的情况下对加密数据进行计算。将两者结合会显著增加计算复杂性,因此只有在特定用例需要时才实用。

FHE的发展大约落后于ZKP三到四年,但正在迅速赶上。第一代FHE项目已开始测试,预计今年晚些时候发布主网。尽管FHE仍然比ZKP计算开销更大,但其大规模采用的潜力正在显现。

FHE面临的主要挑战包括计算效率和密钥管理。自举操作计算密集,但算法进步和工程优化正在改善这一问题。对于特定用例,可能存在不使用自举的更高效替代方案。密钥管理也带来挑战,需要进一步发展以克服单点故障问题。

多家公司正在开发FHE相关技术和应用:

• Arcium: 提供基于Solana的并行机密计算网络。
• Cysic: 专注于实时生成和验证零知识证明的硬件加速。
• Zama: 开发FHE解决方案用于区块链和AI。
• Sunscreen: 帮助工程师使用FHE构建和部署私密应用。
• Octra: 提出新型HFHE,在超图上运行。
• Fhenix: 开发由FHE支持的以太坊Layer 2。
• Mind Network: 构建FHE重质押层用于DePIN和AI。
• Inco Network: 开发模块化机密计算Layer 1区块链。

FHE的监管环境在不同地区各不相同。虽然数据隐私得到广泛支持,金融隐私仍是灰色地带。FHE有潜力增强数据隐私,同时保持社会效益。

展望未来,FHE预计将在未来3-5年内取得显著进展,从理论研究过渡到实际应用。随着技术成熟,FHE有望推动加密生态系统中各类创新应用的发展。