FHE: будущее вычислений с шифрованием

Полная гомоморфная шифрование ( FHE ) является передовой криптографической технологией, позволяющей выполнять вычисления непосредственно на зашифрованных данных, тем самым обеспечивая обработку данных при защите конфиденциальности. FHE имеет потенциальные приложения в таких областях, как финансы, здравоохранение, облачные вычисления и т. д., но в настоящее время коммерциализация все еще требует времени, в основном из-за огромных вычислительных и объемных затрат.

Основные принципы FHE

Суть FHE заключается в скрытии исходной информации с помощью многочленов. Например, чтобы зашифровать число 2, можно:

1. Выберите многочлен ключа s(x)
2. Сгенерировать случайный многочлен a(x)
3. Сгенерировать небольшой полином "шум" e(x)
4. Результат шифрования c(x) = 2 + a(x)*s(x) + e(x)

Введение шума предназначено для предотвращения возможности вывода ключа через многократные вводы. Но шум также приносит проблемы - многократные вычисления могут привести к накоплению шума, что в конечном итоге делает результат невозможным для правильного расшифрования. Для решения этой проблемы FHE использует несколько технологий:

• Смена ключа: уменьшение размера зашифрованного текста
• Переключение модуля: уменьшение шумового бюджета
• Самозапуск: сброс шума до начального уровня

В настоящее время основные схемы FHE используют технологию самоподдержки, но ее вычислительные затраты огромны. Обычное расшифрование AES-128 в условиях FHE может потребовать ресурсов в 500 миллионов раз больше, чем при обычных вычислениях.

Проблемы, с которыми сталкивается FHE

DARPA запустила программу DPRIVE в 2021 году с целью увеличить скорость вычислений FHE до 1/10 от обычных вычислений. Программа в основном охватывает следующие аспекты:

1. Увеличить длину слова процессора до 1024 бит или выше
2. Разработка специализированных ASIC-процессоров
3. Построение параллельной архитектуры MIMD

Тем не менее, план DPRIVE все еще не достиг ожидаемых целей. Реализация технологии FHE по-прежнему сталкивается с огромными вызовами, особенно в области аппаратного обеспечения.

Применение FHE в блокчейне

В области блокчейна FHE может быть использовано для защиты конфиденциальности данных на цепочке, конфиденциальности данных для обучения ИИ, конфиденциальности голосования на цепочке и т.д. Некоторые проекты также рассматривают FHE как потенциальное решение проблемы MEV. Однако полное шифрование транзакций также может устранить положительный эффект, который приносит MEV, одновременно значительно увеличивая требования к работе узлов.

Основные проекты FHE

В настоящее время основными проектами FHE являются:

• Zama: основанный на схеме TFHE, предоставляет полный стек разработки
• Fhenix: создание Optimism Layer 2 с приоритетом конфиденциальности
• Privasea: сосредоточен на вычислениях данных LLM
• Inco Network: Сборка FHE уровня 1
• Arcium: интеграция технологий FHE, MPC и ZK
• Mind Network: сочетание модели Restaking

Octra использует инновационную технологию FHE на основе гиперграфов и разработала новый язык смарт-контрактов и механизм консенсуса ML-consensus.

Перспективы

Технология FHE все еще находится на ранней стадии, ее развитие отстает от технологии ZK. Основные ограничивающие факторы включают высокие затраты, большую сложность реализации и неопределенные коммерческие перспективы. С увеличением финансирования и внимания ожидается появление большего количества проектов FHE. Внедрение чипов FHE станет ключевым моментом для коммерциализации этой технологии.

Несмотря на множество вызовов, FHE как технология с широкими перспективами обещает привести к глубоким изменениям в таких областях, как оборона, финансы и медицина. С развитием технологий и расширением областей применения FHE в конечном итоге ожидает момент всплеска.