FHE: Шлях до майбутнього обчислень з шифруванням

Повна гомоморфна шифрування ( FHE ) є передовою криптографічною технологією, яка дозволяє безпосередньо виконувати обчислення на зашифрованих даних, забезпечуючи обробку даних при збереженні конфіденційності. FHE має потенційні застосування в різних сферах, таких як фінанси, медицина, хмарні обчислення, але наразі комерціалізація все ще потребує часу, в основному через величезні витрати на обчислення та пам'ять.

Основні принципи FHE

Основою FHE є приховування вихідної інформації за допомогою багато项式. Наприклад, щоб зашифрувати число 2, можна:

1. Виберіть багаторазовий поліном ключа s(x)
2. Згенерувати випадковий многочлен a(x)
3. Сгенеруйте невеликий "шумовий"多项式 e(x)
4. Результат шифрування c(x) = 2 + a(x)*s(x) + e(x)

Введення шуму необхідне для того, щоб запобігти можливості вгадування ключа через багаторазовий ввід. Але шум також приносить проблеми - багаторазові обчислення можуть призвести до накопичення шуму, в результаті чого результати не можуть бути правильно розшифровані. Щоб вирішити цю проблему, FHE використовує кілька технологій:

• Перемикання ключа: зменшення розміру зашифрованого тексту
• Перемикання модуля: зменшити бюджет шуму
• Самостійне завантаження: скидання шуму до початкового рівня

В даний час основні схеми FHE використовують технологію самозавантаження, але їх обчислювальні витрати є величезними. Звичайне розшифрування AES-128 під FHE може вимагати ресурсів, у 500 мільйонів разів більших, ніж у звичайних обчисленнях.

Виклики, з якими стикається FHE

DARPA розпочала програму DPRIVE у 2021 році, з метою підвищення швидкості обчислень FHE до 1/10 звичайних обчислень. Програма в основному зосереджена на таких аспектах:

1. Збільшити довжину слова процесора до 1024 біт або більше
2. Розробка спеціалізованих ASIC процесорів
3. Побудова архітектури MIMD паралельно

Попри це, план DPRIVE все ще не досяг очікуваних цілей. Реалізація технології FHE все ще стикається з величезними викликами, особливо в апаратному забезпеченні.

Використання FHE в блокчейні

У сфері блокчейну FHE може бути використано для захисту конфіденційності в ланцюгу, конфіденційності даних для навчання ШІ, конфіденційності голосування в ланцюгу тощо. Деякі проекти також розглядають FHE як потенційне рішення для проблеми MEV. Але повне шифрування транзакцій також може знищити позитивні ефекти, які приносить MEV, одночасно значно підвищуючи вимоги до роботи вузлів.

Основні проекти FHE

Наразі основні проекти FHE включають:

• Zama: на основі TFHE, надає повний стек для розробки
• Fhenix: створення оптимістичного другого рівня з пріоритетом на конфіденційність
• Privasea: зосереджений на обробці даних LLM
• Мережа Inco: створення FHE рівня 1
• Arcium: об'єднує FHE, MPC та ZK технології
• Mind Network: поєднання моделі повторного ставлення

Octra використовує інноваційну технологію FHE на основі гіперграфів і створює нову мову смарт-контрактів та консенсусний механізм ML-consensus.

Перспективи

Технологія FHE все ще перебуває на ранніх стадіях, її розвиток відстає від технології ZK. Основними обмежувальними факторами є висока вартість, складність інженерії та невизначеність комерційних перспектив. З надходженням більшої кількості фінансування та уваги очікується, що з'явиться більше проектів FHE. Впровадження чіпів FHE буде ключовим моментом для комерціалізації цієї технології.

Незважаючи на численні виклики, FHE як технологія з широкими перспективами має потенціал для глибоких змін у таких сферах, як оборона, фінанси, медицина тощо. З розвитком технологій та розширенням сценаріїв застосування, FHE зрештою досягне моменту вибуху.