FHE, ZK та MPC: глибоке порівняння трьох ключових шифрувальних технологій

У сучасну цифрову епоху, технології шифрування є надзвичайно важливими для захисту безпеки даних та особистої конфіденційності. У цій статті буде детально розглянуто три важливі технології шифрування: повна гомоморфна шифрування (FHE), нульові знання (ZK) та багаторазові безпечні обчислення (MPC), буде проаналізовано їх роботу, сценарії застосування та технічні характеристики.

Нульові знання ( ZK ): реалізація "доказ без розкриття"

Технологія нульового знання вирішує основну проблему: як перевірити справжність інформації, не розкриваючи конкретного змісту. Вона базується на шифруванні і дозволяє одній стороні довести іншій, що вона знає певну таємницю, не розкриваючи жодної інформації про цю таємницю.

Наприклад, Аліса хоче довести працівнику компанії з прокату автомобілів Бобу, що її кредитний стан хороший, але не хоче надавати детальний банківський звіт. У такому випадку показники, подібні до "кредитного балу", можуть слугувати формою нульового знання. Аліса, демонструючи свій кредитний рейтинг, довела свій кредитний рівень, не розкриваючи конкретну фінансову інформацію.

У сфері блокчейну типовим застосуванням технології ZK є анонімні шифровані валюти. Наприклад, коли користувачі здійснюють переказ, їм потрібно довести, що вони мають право на переказ, зберігаючи при цьому анонімність. ZK-докази дозволяють майнерам перевіряти законність транзакцій, не знаючи особистість користувача, що дозволяє записувати транзакції в блокчейн.

Багатосторонні обчислення ( MPC ): реалізація "спільних обчислень без витоку"

Технологія багатосторонніх безпечних обчислень головним чином вирішує питання: як безпечно проводити спільні обчислення за умови, що учасники не розкривають свої чутливі дані.

Ця технологія дозволяє кільком учасникам спільно виконувати обчислювальні завдання, не розкриваючи своїх вихідних даних. Наприклад, троє людей хочуть обчислити свою середню зарплату, але не хочуть розкривати конкретні цифри один одному. Технологія MPC може дозволити їм досягти цієї мети за допомогою спеціальних алгоритмів.

У сфері шифрування валют технологія MPC застосовується для розробки мультипідписних гаманців. Наприклад, деякі торгові платформи запускали гаманці MPC, які ділять приватний ключ на кілька частин, які зберігаються на мобільному телефоні користувача, в хмарі та на біржі. Цей підхід не лише підвищує безпеку, але й збільшує зручність відновлення. Більш просунуті гаманці MPC також можуть залучати більше третіх сторін для захисту фрагментів приватного ключа, що додатково підвищує безпеку.

Повна гомоморфна шифрування ( FHE ): реалізація "обчислень у зашифрованому стані"

Технологія повної гомоморфної шифрування зосереджена на вирішенні такої проблеми: як зашифрувати дані, щоб зашифровані дані можна було передати ненадійній третій стороні для обробки, і при цьому результати обробки все ще могли бути правильно розшифровані.

У системі FHE власник даних може зашифрувати оригінальні дані, а потім передати зашифровані дані потужному третєму боку для обробки. Третя сторона виконує обчислення, не знаючи вмісту оригінальних даних, а в кінці власник даних може розшифрувати і отримати справжній результат.

FHE має важливі застосування в галузі хмарних обчислень та штучного інтелекту. Наприклад, при обробці чутливих медичних записів або особистої фінансової інформації FHE може забезпечити шифрування даних протягом усього процесу обробки, що захищає безпеку даних та відповідає вимогам законодавства про конфіденційність.

У сфері блокчейну технологія FHE може бути використана для підвищення рівня децентралізації механізму консенсусу PoS. Завдяки FHE можна запобігти "плагіату" між вузлами в малих мережах PoS, забезпечуючи незалежність кожного вузла у виконанні верифікаційної роботи. Так само в децентралізованому голосуванні з управління FHE може запобігти явищу "слідування за голосами", краще відображаючи справжню громадську думку.

Порівняння трьох технологій

Хоча ці три технології спрямовані на захист конфіденційності та безпеки даних, вони відрізняються за сценаріями застосування та технічною складністю:

1. Сценарії застосування:

   • ZK підкреслює "як довести", що підходить для сценаріїв, де потрібно перевірити права або особу.
   • MPC підкреслює "як обчислити", що підходить для сценаріїв, де кілька сторін повинні спільно обчислити, але при цьому захистити конфіденційність своїх даних.
   • FHE підкреслює "як шифрувати", підходить для сценаріїв, де потрібно виконувати складні обчислення в стані зашифрованих даних.

2. Технічна складність:

   • Реалізація ZK вимагає глибоких математичних і програмних навичок.
   • MPC стикається з проблемами синхронізації та комунікаційної ефективності, коли учасників багато.
   • Хоча FHE теоретично є дуже привабливим, на практиці він стикається з величезними викликами в обчислювальній ефективності.

Ці три види шифрування мають свої особливості, які разом становлять важливу опору сучасної криптографії, забезпечуючи потужну технічну підтримку для безпеки даних та захисту приватності. З розвитком та вдосконаленням технологій вони відіграватимуть важливу роль у більш широких сферах, сприяючи постійному розвитку безпеки та захисту приватності у цифровому світі.