FHE: El futuro de la encriptación computacional

La encriptación homomórfica (FHE) es una técnica avanzada de criptografía que permite realizar cálculos directamente sobre datos encriptados, lo que permite el procesamiento de datos mientras se protege la privacidad. La FHE tiene aplicaciones potenciales en varios campos, como las finanzas, la medicina y la computación en la nube, pero su comercialización aún necesita tiempo, principalmente debido a su enorme costo computacional y de memoria.

Principios básicos de FHE

El núcleo de FHE es ocultar la información original a través de polinomios. Por ejemplo, para encriptar el número 2, podría ser:

1. Elige un polinomio clave s(x)
2. Generar un polinomio aleatorio a(x)
3. Generar un pequeño polinomio de "ruido" e(x)
4. encriptación resultado c(x) = 2 + a(x)*s(x) + e(x)

La introducción de ruido es para prevenir que se pueda inferir la clave a través de múltiples entradas. Pero el ruido también trae problemas: los cálculos múltiples pueden llevar a la acumulación de ruido, lo que finalmente hace que el resultado no se pueda desencriptar correctamente. Para abordar este problema, FHE utiliza varias técnicas:

• Cambio de clave: reducción del tamaño del texto cifrado
• Cambio de módulo: reducir el presupuesto de ruido
• Autoarranque: restablecer el ruido al nivel inicial

Actualmente, los principales esquemas de FHE utilizan tecnología de autoiniciación, pero su carga computacional es enorme. Una desencriptación normal de AES-128 podría requerir 500 millones de veces los recursos de una computación normal bajo FHE.

Desafíos que enfrenta FHE

DARPA lanzó el programa DPRIVE en 2021, con el objetivo de aumentar la velocidad de cálculo de FHE a 1/10 de la computación normal. El programa se centra principalmente en los siguientes aspectos:

1. Aumentar la longitud de palabra del procesador a 1024 bits o más
2. Desarrollar procesadores ASIC dedicados
3. Construir una arquitectura paralela MIMD

A pesar de ello, el plan DPRIVE aún no ha alcanzado los objetivos esperados. La implementación de la tecnología FHE todavía enfrenta grandes desafíos, especialmente en el ámbito del hardware.

Aplicaciones de FHE en blockchain

En el campo de la cadena de bloques, la FHE se puede utilizar para proteger la privacidad en la cadena, la privacidad de los datos de entrenamiento de IA, la privacidad en votaciones en la cadena, etc. Algunos proyectos también ven la FHE como una posible solución al problema de MEV. Sin embargo, el cifrado completo de las transacciones también podría eliminar los efectos positivos que trae el MEV, al mismo tiempo que aumenta significativamente los requisitos operativos de los nodos.

Principales proyectos de FHE

Actualmente, los principales proyectos de FHE incluyen:

• Zama: basado en el esquema TFHE, proporciona una pila de desarrollo completa
• Fhenix: Construcción de una capa 2 de Optimism centrada en la privacidad
• Privasea: enfocado en la operación de datos LLM
• Inco Network: construir FHE Layer 1
• Arcium: integración de tecnologías FHE, MPC y ZK
• Mind Network: combina el modelo de Restaking

Octra utiliza una innovadora tecnología de FHE basada en hipergrafos y ha construido un nuevo lenguaje de contratos inteligentes y un mecanismo de consenso ML-consensus.

Perspectiva

La tecnología FHE aún se encuentra en una etapa temprana, su desarrollo está rezagado en comparación con la tecnología ZK. Los principales factores limitantes incluyen altos costos, gran dificultad de ingeniería y perspectivas comerciales poco claras. Con la llegada de más fondos y atención, se espera que surjan más proyectos de FHE. La implementación de chips FHE será clave para la comercialización de esta tecnología.

A pesar de los numerosos desafíos, la FHE, como una tecnología con amplias perspectivas, tiene el potencial de generar profundos cambios en campos como la defensa, las finanzas y la salud. Con el avance de la tecnología y la expansión de los escenarios de aplicación, la FHE finalmente llegará a su momento de explosión.