Introdução à tecnologia de encriptação totalmente homomórfica e cenários de aplicação

A encriptação totalmente homomórfica ( FHE ) é um esquema de encriptação especial que permite realizar cálculos de funções sobre dados cifrados sem a necessidade de os decifrar, obtendo assim os resultados encriptados da função e protegendo a privacidade dos dados. Ao contrário da encriptação estática tradicional e da encriptação em trânsito, a FHE pode executar operações de cálculo complexas sobre os dados cifrados.

Uma aplicação típica do FHE é o sistema de votação online. Os eleitores podem encriptar os seus resultados de votação e submeter, enquanto a entidade intermediária recolhe todos os votos encriptados, contabiliza os votos e publica o resultado final, sem necessidade de decifrar o conteúdo específico de cada voto. Isso evita o problema em que, em esquemas de encriptação tradicionais, o intermediário precisa decifrar todos os dados para contabilizar, protegendo melhor a privacidade.

Os sistemas FHE geralmente incluem as seguintes categorias de chaves:

1. Chave de decriptação: a chave principal do sistema, utilizada para decriptar a ciphertext FHE, geralmente mantida localmente apenas pelo titular da chave.

2. Chave de encriptação: usada para converter texto claro em texto cifrado, pode ser divulgada no modo de chave pública.

3. Calcular chave: utilizada para realizar operações homomórficas sobre o texto cifrado, pode ser pública, mas não pode ser usada para decifrar o texto cifrado.

A FHE tem vários padrões de aplicação comuns:

1. Modelo de outsourcing: encriptar dados sensíveis e entregá-los a um prestador de serviços em nuvem para cálculo, aplicável a cenários como PIR.

2. Modo de cálculo das partes: cada parte fornece dados privados para realizar cálculos conjuntos, como o "problema do milionário".

3. Modo de agregação: Agrega os dados encriptados de vários participantes, utilizados em aprendizagem federada, sistemas de votação, etc.

4. Modo cliente-servidor: o servidor fornece serviços de cálculo de modelos de IA privados para múltiplos clientes.

As vantagens da encriptação totalmente homomórfica (FHE) residem no fato de que a segurança é baseada em algoritmos criptográficos e não em hardware, podendo prevenir ataques de canal lateral. No entanto, atualmente o custo computacional é elevado, sendo necessário suporte de hardware especializado para uma ampla aplicação. No futuro, com o avanço da tecnologia, espera-se que a FHE desempenhe um papel ainda maior na área da computação de privacidade.