FHE, ZK и MPC: углубленное сравнение трех ключевых шифрования технологий

В современную цифровую эпоху, шифрование имеет решающее значение для защиты безопасности данных и личной конфиденциальности. В данной статье будет подробно рассмотрено три важные технологии шифрования: полностью однородное шифрование (FHE), доказательство нулевых знаний (ZK) и многопартитные безопасные вычисления (MPC), проанализированы их принципы работы, сценарии применения и технические характеристики.

Нулевая доказательность(ZK): реализовать "доказательство без раскрытия"

Технология нулевых знаний решает основную проблему: как подтвердить достоверность информации, не раскрывая конкретного содержания. Она основана на шифровании и позволяет одной стороне доказать другой стороне, что она знает какую-то тайну, не раскрывая никакой информации о самой тайне.

Пример: Алиса хочет доказать сотруднику компании по аренде автомобилей Бобу, что у нее хорошая кредитная история, но не хочет предоставлять подробные банковские выписки. В этом случае такие показатели, как "кредитный балл", могут служить примером нулевого знания. Алиса демонстрирует свою кредитную оценку, доказывая свой уровень кредитоспособности, не раскрывая конкретную финансовую информацию.

В области блокчейна типичным применением технологий ZK является анонимная шифрование. Например, когда пользователь осуществляет перевод, ему необходимо подтвердить свои права на перевод, сохраняя при этом анонимность. ZK-доказательства позволяют майнерам проверять законность транзакции, не зная идентичности пользователя, тем самым записывая транзакционные данные в блокчейн.

Многопартнерские безопасные вычисления(MPC): реализовать "совместные вычисления без раскрытия"

Технология многопартитного безопасного вычисления в первую очередь решает вопрос: как проводить совместные вычисления безопасно, при этом не раскрывая чувствительную информацию каждого из участников.

Эта технология позволяет нескольким участникам совместно выполнять вычислительные задачи, не раскрывая при этом свои входные данные. Например, трое человек хотят вычислить свою среднюю зарплату, но не хотят раскрывать конкретные цифры друг другу. Технология MPC позволяет им достичь этой цели с помощью определенного алгоритма.

В индустрии криптовалюты технология MPC применяется для разработки многоподписных кошельков. Например, MPC-кошельки, выпущенные некоторыми торговыми платформами, разделяют приватный ключ на несколько частей, которые хранятся на мобильных устройствах пользователей, в облаке и на бирже. Этот метод не только повышает безопасность, но и увеличивает удобство восстановления. Более продвинутые MPC-кошельки могут также привлекать больше сторонних участников для защиты фрагментов приватного ключа, что дополнительно усиливает безопасность.

Полная гомоморфная шифрование ( FHE ): реализация "вычислений в зашифрованном состоянии"

Технология полностью гомоморфного шифрования нацелена на решение следующей проблемы: как зашифровать данные так, чтобы зашифрованные данные могли быть переданы ненадежной третьей стороне для вычислений, при этом результаты вычислений все еще могли быть правильно расшифрованы.

В системе FHE владелец данных может зашифровать исходные данные, а затем передать зашифрованные данные мощной третьей стороне для обработки. Третья сторона завершает вычисления, не зная содержания исходных данных, и в конечном итоге владелец данных может расшифровать и получить реальные результаты.

FHE имеет важное применение в области облачных вычислений и искусственного интеллекта. Например, при обработке чувствительных медицинских записей или личной финансовой информации, FHE может гарантировать, что данные остаются в зашифрованном состоянии на протяжении всего процесса обработки, что защищает безопасность данных и соответствует требованиям законодательства о конфиденциальности.

В области блокчейна технология FHE может быть использована для повышения уровня децентрализации механизма консенсуса PoS. С помощью FHE можно предотвратить "плагиат" между узлами в небольших сетях PoS, обеспечивая независимую верификацию каждым узлом. Точно так же в голосовании по децентрализованному управлению FHE может предотвратить явление "следования за голосом", лучше отражая истинное мнение народа.

Сравнение трех технологий

Хотя эти три технологии все направлены на защиту конфиденциальности и безопасности данных, между ними существуют различия в области применения и технологической сложности:

1. Сценарий применения:

   • ZK подчеркивает "как доказать", применимо к сценарию, где необходимо подтвердить права или личность.
   • MPC подчеркивает "как считать", подходит для ситуаций, когда нескольким сторонам необходимо совместно выполнять расчеты, но при этом нужно защищать конфиденциальность своих данных.
   • FHE подчеркивает "как шифровать", применимо в ситуациях, где необходимо выполнять сложные вычисления при сохранении состояния шифрования данных.

2. Техническая сложность:

   • Реализация ZK требует глубоких математических и программных навыков.
   • MPC сталкивается с проблемами синхронизации и эффективности коммуникации при большом количестве участников.
   • Хотя FHE теоретически чрезвычайно привлекателен, на практике он сталкивается с огромными вызовами в области вычислительной эффективности.

Эти три вида шифрования имеют свои особенности и вместе составляют важную опору современной криптографии, предоставляя мощную техническую поддержку для безопасности данных и защиты конфиденциальности. С постоянным развитием и совершенствованием технологий они будут играть важную роль в более широких областях, способствуя дальнейшему развитию безопасности и защиты конфиденциальности в цифровом мире.