Повністю гомоморфне шифрування: зірка майбутнього приватних обчислень

повністю гомоморфне шифрування(FHE)технологія, що вперше була запропонована в 70-х роках XX століття, завжди була предметом досліджень у криптографії. Її основна ідея полягає в можливості виконання обчислень над зашифрованими даними без їх розшифрування. У 2009 році проривна робота Крейга Джентрі реалізувала повністю гомоморфне шифрування, що дозволяє виконувати довільні обчислення над зашифрованими даними, що принесло революційний прогрес у цій галузі.

FHE дозволяє виконувати обчислювальні операції безпосередньо над шифрованими даними, не розшифровуючи їх спочатку. Це означає, що можна обробляти зашифровані дані, і отримані шифровані результати після розшифрування будуть відповідати результатам, отриманим від виконання тих же операцій над оригінальними даними. Ключові характеристики FHE включають гомоморфність ( додавання та множення ), управління шумом та підтримку безкінечної кількості операцій.

У порівнянні з частковим гомоморфним шифруванням ( PHE ) та певним гомоморфним шифруванням ( SHE ), FHE підтримує нескінченну кількість операцій додавання та множення, що дозволяє виконувати будь-які типи обчислень на зашифрованих даних. Це робить FHE надзвичайно потужною технологією шифрування, але разом з тим призводить до високих обчислювальних витрат.

FHE має широкі можливості застосування в сфері блокчейну. Він може перетворити прозорий блокчейн на частково зашифровану форму, зберігаючи при цьому контроль над смарт-контрактами. Деякі проекти розробляють FHE віртуальну машину, яка дозволяє розробникам писати код смарт-контрактів для роботи з FHE примітивами. Цей підхід може вирішити існуючі проблеми конфіденційності в блокчейні, зробивши можливими зашифровані платежі, азартні ігри та інші застосування, при цьому зберігаючи графік транзакцій для задоволення вимог регулювання.

FHE також може покращити доступність проєктів конфіденційності шляхом пошуку приватних повідомлень (OMR), вирішуючи такі проблеми, як синхронізація інформації про баланс. Хоча FHE сам по собі не може безпосередньо вирішити проблему масштабованості блокчейну, його поєднання з доказами нульового знання (ZKP) може запропонувати нові рішення для цього.

FHE та ZKP є взаємодоповнюючими технологіями, кожна з яких має свої переваги. ZKP надає можливість верифікації обчислень та властивості нульових знань, тоді як FHE дозволяє виконувати обчислення над зашифрованими спільними станами. Об'єднання обох технологій, хоча і збільшує складність обчислень, може бути необхідним у певних специфічних сценаріях.

Наразі розвиток FHE приблизно відстає від ZKP на три-чотири роки, але швидко наздоганяє. Перші покоління проектів FHE вже почали тестування, очікується, що основна мережа буде випущена пізніше цього року. Незважаючи на те, що обчислювальні витрати FHE все ще перевищують витрати ZKP, потенціал для його широкомасштабного застосування вже проявився.

Основні виклики FHE включають обчислювальну ефективність і управління ключами. Обчислювальні вимоги до операцій самозавантаження зменшуються завдяки вдосконаленню алгоритмів і інженерним оптимізаціям. Щодо управління ключами, деякі проекти використовують схеми управління ключами з порогами, але їх ще потрібно доопрацювати, щоб подолати проблеми з єдиною точкою відмови.

На ринку кілька компаній і проєктів змагаються у сфері повністю гомоморфного шифрування. Компанії, такі як Zama, Sunscreen, Fhenix, зосереджені на розробці інструментів та інфраструктури для FHE. Inco Network, Mind Network та інші прагнуть застосувати FHE у сфері блокчейн та Web3. Ці проєкти отримали значну фінансову підтримку від венчурних інвесторів, що свідчить про позитивний настрій ринку щодо технології FHE.

Регуляторне середовище FHE відрізняється в залежності від регіону. Хоча конфіденційність даних отримує широку підтримку, фінансова конфіденційність залишається сірою зоною. FHE має потенціал для підвищення конфіденційності даних, одночасно зберігаючи соціальні вигоди, такі як цілеспрямована реклама.

Завдяки постійному прогресу в теорії, програмному забезпеченні, апаратному забезпеченні та алгоритмах, повністю гомоморфне шифрування очікується, що досягне значного прогресу протягом наступних 3-5 років, переходячи з етапу дослідження до практичного застосування. Як майбутня зірка обчислень з урахуванням конфіденційності, повністю гомоморфне шифрування має потенціал для стимулювання інновацій в екосистемі шифрування, що призведе до революційних змін у масштабованості та захисті конфіденційності блокчейну.