FHE: ارتداء عباءة التخفي من هاري بوتر

FHE( التشفير الشامل بالكامل ) هو تقنية تشفير متقدمة، يمكن أن تتم معالجة البيانات مباشرة في حالة مشفرة. هذا يعني أنه يمكن تحليل البيانات ومعالجتها مع حماية الخصوصية. FHE لديها العديد من سيناريوهات التطبيق المحتملة، خاصة في مجالات معالجة البيانات وتحليلها التي تتطلب حماية الخصوصية، مثل المالية، والرعاية الصحية، والحوسبة السحابية، وتعلم الآلة، وأنظمة التصويت، وإنترنت الأشياء، وحماية الخصوصية في البلوكشين. لكن لا يزال يتطلب commercialization بعض الوقت، والمشكلة الرئيسية تكمن في الأعباء الحسابية والذاكرة الكبيرة الناتجة عن خوارزمياته، مما يجعل قابلية التوسع محدودة. أدناه سنقوم بتقديم لمحة موجزة عن المبادئ الأساسية لهذه الخوارزمية والمشاكل الرئيسية التي تواجهها.

! [أبحاث Gate Ventures: FHE ، مرتدية عباءة هاري بوتر الاختفاء](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-6652c7b75197ecd9f3895bb3599aa9b6.webp019283746574839201

المبادئ الأساسية

الهدف الأساسي من FHE هو تحقيق حسابات على البيانات المشفرة والحصول على نفس النتائج كما في الحسابات النصية. في علم التشفير، عادة ما يتم استخدام الحدود لإخفاء المعلومات الأصلية، لأن الحدود يمكن أن تتحول إلى مسائل جبرية خطية، مما يسهل على الحواسيب الحديثة إجراء حسابات متجهة عالية الكفاءة.

خذ الرقم الرقمي 2 كمثال، في نظام HE المبسط، قد يحدث:

1. اختر كثيرات الحدود للسرية، مثل s)x( = 3x^2 + 2x + 1
2. إنشاء متعددة الحدود عشوائية، مثل a)x( = 2x^2 + 5x + 3
3. إنشاء متعدد الحدود "خطأ" صغير، مثل e)x( = -x + 2
4. تشفير 2 -> c)x( = 2 + a)x( * s)x( + e)x(

تم إدخال الضوضاء e)x( هنا لخداع المهاجمين ومنعهم من تحليل العلاقة بين s)x( و c)x( من خلال إدخال النص العادي بشكل متكرر. ويطلق على حجم الضوضاء أيضًا اسم ميزانية الضوضاء.

تحويل c)x( * d)x( إلى "دائرة"، يمكن تتبع وإدارة الضوضاء التي يتم إدخالها بواسطة كل عملية بدقة، مما يسهل أيضًا التسريع الحسابي على الأجهزة المتخصصة مثل ASIC و FPGA. يمكن رسم أي عملية معقدة على أنها وحدات بسيطة من الجمع والضرب.

لكن مع زيادة عمق الحساب، فإن الضوضاء ستزداد بشكل أساسي، مما يؤدي في النهاية إلى عدم إمكانية استعادة النص الأصلي. لحل هذه المشكلة، تم اقتراح الحلول التالية:

• مفتاح التبديل: ضغط النص المشفر بعد كل عملية ضرب، ولكن سيؤدي ذلك إلى إدخال كمية صغيرة من الضوضاء
• تبديل المودول: عن طريق تقليل المودول q لتقليل الضوضاء، ولكن سيؤدي ذلك إلى تقليل القدرة الحسابية.
• Bootstrap: إعادة ضبط الضوضاء إلى المستوى الأصلي، دون تقليل المقياس، ولكن مع تكلفة حسابية عالية

حاليًا، فإن الحلول FHE الرئيسية هي:

• BGV: يعتمد على RLWE، يدعم الدوائر ذات الأعماق العشوائية
• BFV: مبني على RLWE، مناسب للعمليات الحسابية
• TFHE: مبني على LWE/TLWE، مناسب للدورات الثنائية
• CKKS: تستند إلى RLWE، تدعم الحسابات التقريبية

![Gate Ventures البحث: FHE، يرتدي عباءة الاختفاء من هاري بوتر])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-4a7670767b0963cded31da66c52ad97e.webp(

التحديات التي تواجه FHE

نظرًا للحاجة إلى تشفير البيانات وتحويلها إلى "دوائر"، ثم إدخال تقنيات مثل Bootstrap لحل مشاكل الضوضاء، فإن تكلفة حساب FHE أعلى بعدة مرات مقارنة بالحساب العادي.

على سبيل المثال، يتطلب فك التشفير باستخدام AES-128 في النسخة العادية حوالي 67 نانوثانية على معالج بسرعة 3 غيغاهرتز، بينما تتطلب نسخة FHE 35 ثانية، أي ما يعادل حوالي 500 مليون مرة من النسخة العادية.

لإيجاد حل لهذه المشكلة، أطلقت DARPA الأمريكية في عام 2021 مشروع Dprive، والذي يهدف إلى زيادة سرعة حسابات FHE إلى 1/10 من سرعة الحسابات العادية. ويتم التركيز بشكل رئيسي على الجوانب التالية:

1. زيادة طول كلمة المعالج إلى 1024 بت أو أكثر لدعم أعداد أكبر q
2. بناء معالجات ASIC مخصصة لتشغيل خوارزميات FHE
3. استخدام بنية MIMD المتوازية، تدعم معالجة البيانات بشكل متوازي مع تعليمات مختلفة

على الرغم من التقدم البطيء، إلا أن تقنية FHE تظل ذات أهمية كبيرة في حماية خصوصية البيانات الحساسة على المدى الطويل، خاصة في عصر ما بعد الكم.

![Gate Ventures معهد: FHE، يرتدي عباءة الاختفاء من هاري بوتر])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-186e4abe7434e22b3daf0389cf199699.webp(

دمج البلوكتشين

في سلسلة الكتل، تُستخدم FHE بشكل رئيسي لحماية خصوصية البيانات، وتشمل مجالات التطبيق خصوصية البيانات على السلسلة، وخصوصية بيانات تدريب الذكاء الاصطناعي، وخصوصية التصويت على السلسلة، ومراجعة المعاملات الخاصة على السلسلة، وغيرها. كما تُعتبر FHE واحدة من الحلول المحتملة لمعالجة مشكلة MEV على السلسلة.

لكن التجارة المشفرة بالكامل قد تجلب بعض المشكلات، مثل اختفاء الفوائد الخارجية الإيجابية الناتجة عن روبوتات MEV، حيث يحتاج المدققون إلى العمل على جهاز FHE الافتراضي، مما يزيد بشكل كبير من متطلبات العقد ويقلل من قدرة الشبكة.

![معهد Gate Ventures: FHE، يرتدي عباءة الاختفاء من هاري بوتر])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-673ae606fcd3769523e1a330f991464d.webp(

المشاريع الرئيسية

في الوقت الحالي، تعتمد معظم مشاريع FHE على التكنولوجيا المقدمة من Zama، مثل Fhenix وPrivasea وInco Network وMind Network وغيرها. هذه المشاريع مبنية على المكتبات التي توفرها Zama، والاختلاف الرئيسي يكمن في نموذج العمل.

) زاما

زما مبنية على خطة TFHE، وقد أعادت كتابة TFHE باستخدام Rust، وتقدم أداة تحويل Python المسماة Concrate. منتج fhEVM الخاص بها يدعم تجميع العقود الذكية المشفرة من النهاية إلى النهاية على EVM. توفر زاما مجموعة تطوير FHE متكاملة لمشاريع الويب 3.

![Gate Ventures معهد الأبحاث: FHE، يرتدي عباءة الاختفاء من هاري بوتر]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-22d66cabb8f0a526bb728b7b4ced159b.webp(

) أكترا

تستخدم Octra تقنية أصلية قائمة على الرسوم البيانية الفائقة لتحقيق FHE. وقد أنشأت لغة جديدة للعقود الذكية، بالإضافة إلى بروتوكول إجماع ML-consensus القائم على تعلم الآلة. تعتمد Octra تصميم هيكل الشبكة الرئيسية + الشبكة الفرعية.

![معهد Gate Ventures: FHE، يرتدي عباءة الاختفاء من هاري بوتر]###https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d745afb65d7c110a6e6333a6d73b60b5.webp(

نتطلع

تقنية FHE لا تزال في مرحلة مبكرة، تواجه تحديات مثل ارتفاع التكاليف وصعوبة الهندسة وغموض آفاقها التجارية. ولكن مع زيادة تدفق الأموال والاهتمام، بالإضافة إلى ظهور شرائح FHE المتخصصة، من المتوقع أن تُحدث هذه التقنية تغييرات عميقة في مجالات الدفاع والمالية والرعاية الصحية. على الرغم من أن نطاق التطبيقات الحالي محدود، فإن FHE، كتقنية واعدة للغاية، لا تزال تستحق المتابعة والاستكشاف في المستقبل.

![معهد Gate Ventures: FHE، يرتدي عباءة الاختفاء من هاري بوتر])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-99ea73218c9e569a2de152d8a37338f4.webp(

! [أبحاث Gate Ventures: FHE ، مرتدية عباءة هاري بوتر الاختفاء])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-74c86e1ff0ef22f5aef9b5cc441d60eb.webp(

![معهد Gate Ventures: FHE، يرتدي عباءة الاختفاء من هاري بوتر])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-93dd078bf652201018797c88a14203f9.webp(

! [أبحاث Gate Ventures: FHE ، مرتديا عباءة هاري بوتر الاختفاء])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-ed3a576f24107d796df96ed44068e43f.webp(