Introducción a la encriptación completamente homomórfica y escenarios de aplicación

La encriptación completamente homomórfica ( FHE ) es un esquema de encriptación especial que permite realizar cálculos de funciones sobre texto cifrado sin necesidad de desencriptar, obteniendo así el resultado cifrado de la salida de la función, protegiendo así la privacidad de los datos. A diferencia de la encriptación estática tradicional y la encriptación en tránsito, FHE puede realizar operaciones de cálculo complejas sobre texto cifrado.

Un escenario típico de aplicación de la encriptación completamente homomórfica es el sistema de votación en línea. Los votantes pueden encriptar sus resultados de votación y enviarlos, mientras que una entidad intermedia recopila todos los votos encriptados, cuenta los votos y publica el resultado final, sin necesidad de desencriptar el contenido específico de cada voto. Esto evita el problema en el que el intermediario debe desencriptar todos los datos para contar, protegiendo mejor la privacidad.

Los sistemas de FHE generalmente incluyen las siguientes categorías de claves:

1. Clave de descifrado: la clave maestra del sistema, utilizada para descifrar el texto cifrado de FHE, generalmente solo es guardada localmente por el titular de la clave.

2. Clave de encriptación: utilizada para convertir texto plano en texto cifrado, puede ser pública en modo de clave pública.

3. Calcular la clave: se utiliza para realizar operaciones homomórficas sobre el texto cifrado, puede ser pública pero no se puede utilizar para descifrar el texto cifrado.

FHE tiene varios patrones de aplicación comunes:

1. Modo de externalización: cifrar los datos sensibles y entregarlos a un proveedor de servicios en la nube para su cálculo, adecuado para escenarios como PIR.

2. Modo de cálculo de ambas partes: cada parte proporciona datos privados para realizar un cálculo conjunto, como el "problema del millonario".

3. Modo de agregación: Agregar los datos encriptados de múltiples participantes, utilizados para el aprendizaje federado, sistemas de votación, etc.

4. Modo cliente-servidor: el servidor proporciona servicios de cálculo de modelos de IA privados a múltiples clientes.

Las ventajas de la encriptación completamente homomórfica (FHE) radican en que su seguridad se basa en algoritmos criptográficos en lugar de hardware, lo que puede prevenir ataques de canal lateral. Sin embargo, actualmente el costo computacional es alto y se necesita soporte de hardware especializado para su aplicación generalizada. En el futuro, con el avance de la tecnología, se espera que la FHE juegue un papel más importante en el ámbito de la computación privada.