FHE: Будущее приватных вычислений

Полностью гомоморфное шифрование ( FHE ) – это передовая криптографическая технология, позволяющая выполнять вычисления непосредственно над зашифрованными данными. Это означает, что можно обрабатывать конфиденциальную информацию, защищая при этом конфиденциальность. FHE имеет потенциальные приложения в таких областях, как финансы, медицина, облачные вычисления и др., но в настоящее время сталкивается с проблемой огромных вычислительных затрат.

Основные принципы FHE

Основная идея FHE заключается в использовании многочленов для скрытия исходных данных. Например, зашифрованное число 2 может:

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

При расшифровке, достаточно знать ключ s(x), чтобы восстановить исходные данные 2 из c(x).

Основная проблема, с которой сталкивается FHE, заключается в росте шума. Каждый раз при вычислениях шум увеличивается, что в конечном итоге может привести к невозможности правильного расшифровки. В связи с этим исследователи предложили несколько технологий:

• Переключение ключа: уменьшение размера зашифрованного текста
• Переключение модуля: снижение шума
• Самозапуск: сброс шума на начальный уровень

В настоящее время основные схемы FHE используют технологию самоподдержки, но вычислительные затраты все еще велики.

Проблемы, с которыми сталкивается FHE

По сравнению с обычными вычислениями, затраты на FHE вычисления выше на несколько порядков. Согласно оценкам Агентства передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA), скорость FHE вычислений примерно в 1 миллион раз медленнее, чем у обычных вычислений.

Для ускорения FHE, DARPA запустила программу DPRIVE, сосредоточившись на следующих аспектах:

1. Увеличение длины слова процессора
2. Разработка специализированных ASIC-процессоров
3. Построение параллельной архитектуры MIMD

Однако план движется медленно, и все еще есть разрыв до ожидаемой цели.

Применение полностью гомоморфного шифрования в блокчейне

В области блокчейна FHE в основном используется для защиты конфиденциальности данных, включая:

• Приватные транзакции на блокчейне
• Защита конфиденциальности данных для обучения ИИ
• Приватность голосования на блокчейне
• Защита от MEV

Но FHE также сталкивается с проблемами эффективности и потребностей в вычислительных ресурсах.

Основные проекты

Основные проекты в области FHE в настоящее время включают:

• Zama: основанный на схеме TFHE, предоставляет полный набор инструментов для разработки
• Fhenix: создание сети Layer 2 с приоритетом на конфиденциальность
• Privasea: акцент на защите конфиденциальности данных LLM
• Inco Network: создание сети FHE Layer 1
• Arcium: интеграция технологий FHE, MPC и ZK
• Mind Network: сочетание Restaking и архитектуры подсети FHE
• Octra: использует уникальную технологию гиперграфов для реализации FHE

! Исследование Gate Ventures: FHE, надевание плаща-невидимости из Гарри Поттера

Будущее

Технология FHE все еще находится на ранней стадии и сталкивается с множеством проблем:

1. Низкая эффективность, огромные вычислительные затраты
2. Высокая сложность реализации проекта
3. Неясные перспективы коммерциализации
4. Недостаток капитальных вложений

Но с развитием специализированных чипов и привлечением большего объема финансирования, FHE обещает революцию в таких областях, как оборона, финансы, медицина и т.д., раскрывая потенциал конфиденциальных данных. Будущее развития FHE вызывает ожидание.