FHE技術在區塊鏈領域的應用與發展

密碼學技術在人類文明進步中佔據重要地位,特別是在信息安全和隱私保護領域發揮了關鍵作用。它爲數據傳輸和存儲提供了堅實保護,其非對稱加密公私鑰體系和哈希函數更被中本聰創造性地融合,設計出解決雙花問題的工作量證明機制,推動了比特幣的誕生,開啓了區塊鏈時代。

隨着區塊鏈行業發展,一系列前沿密碼學技術不斷湧現,其中零知識證明(ZKP)、多方計算(MPC)和全同態加密(FHE)最爲突出。這些技術在多個場景中得到廣泛應用,如ZKP結合Rollup方案解決區塊鏈的擴展性問題,MPC結合公私鑰體系推動用戶入口的大規模應用。被視爲加密學聖杯之一的FHE,其獨特特性使第三方能在不解密情況下對加密數據進行任意次計算和操作,實現可組合的鏈上隱私計算,爲多個領域帶來新的可能。

FHE概述

FHE(全同態加密)的核心特性是允許對密文進行計算和操作,這些操作能直接映射到明文上,即保持加密數據的數學屬性不變。FHE中的"F"意味着這種同態性達到了全新高度,允許對加密數據進行無限次計算和操作。

在FHE行業中,微軟和Zama憑藉優秀的開源產品展現了突出影響力。他們爲開發者提供了穩定高效的FHE實現,極大推動了FHE技術的發展和應用。

微軟的SEAL支持全同態加密和部分同態加密,提供高效C++接口,集成多種優化算法提升性能。Zama的TFHE專注高性能全同態加密,通過C語言接口提供服務,運用先進優化技術實現更快速度和更低資源消耗。

fhEVM技術

爲實現FHE在區塊鏈上的應用,Zama公司推出了fhEVM產品。fhEVM是支持Solidity實現隱私計算的全同態EVM,使開發者可在以太坊智能合約中使用FHE技術,實現隱私保護和安全計算。

fhEVM的核心特性包括:

• 通過集成Zama FHE庫的預編譯合約,提供FHE操作支持
• 爲FHE打造特定EVM內存和存儲區域,用於存儲、讀寫和驗證FHE密文
• 基於分布式閾值協議設計的解密機制
• 降低開發門檻的Solidity合約庫,設計FHE加密數據類型、操作類型等

FHE-Rollups

Fhenix作爲先行者,積極探索將fhEVM與Rollup技術結合,提出構建FHE-Rollups型Layer2解決方案。考慮到ZK Rollups涉及復雜ZKP機制且需要巨大計算資源,Fhenix選擇了Optimistic Rollups方案。

Fhenix的技術棧包括:

• Arbitrum Nitro's fraud prover的變種,可在WebAssembly進行欺詐證明
• 核心庫fheOS,提供將FHE邏輯集成到智能合約所需功能
• 閾值服務網路(TSN),托管祕密共享的網路密鑰,負責解密數據等任務

FHE Coprocessors

Fhenix引入Relay模塊,使各類公鏈、L2及L3網路能接入FHE Coprocessors使用FHE功能。Fhenix聯手EigenLayer,通過Restaking機制爲FHE Coprocessors提供更快速的服務通道,提升效率和靈活性。

FHE應用場景

FHE技術在全鏈遊戲、DeFi以及AI等領域展現出廣闊應用前景:

• 隱私保護的全鏈遊戲:爲遊戲經濟體提供加密保障,防止實時操縱,保護玩家隱私
• DeFi/MEV:保護DeFi中的敏感數據,降低MEV攻擊風險
• AI:允許AI在加密數據上進行處理,保護個人隱私數據

FHE生態項目

除Zama和Fhenix外,FHE生態中還有一系列值得關注的項目:

• Sunscreen:自助研發FHE編譯器,支持傳統編程語言FHE轉換
• Mind Network:結合EigenLayer Restaking機制的FHE網路
• PADO Labs:融合ZKP和FHE的zkFHE
• Arcium:結合FHE的並行機密計算網路
• Inco Network:專注優化FHE計算成本和效率的Layer1
• Treat:Shiba團隊與Zama聯手打造的FHE Layer3
• octra:支持隔離執行環境的FHE網路
• BasedAI:爲LLM模型引入FHE功能的分布式網路
• Encifher:圍繞FHE做FHEML的項目
• Privasea:致力於AI領域ML推理過程中實現數據隱私保護的FHE網路

非營利性研究和教育機構如FHE.org和FHE Onchain爲生態提供了寶貴的學術資源。

FHE技術前景廣闊,隨着Fhenix等項目的發展,有望在多個領域得到廣泛應用,爲區塊鏈行業帶來新的創新與活力。