Развитие и применение полностью гомоморфного шифрования

Полностью гомоморфное шифрование (FHE) как одна из современных технологий шифрования прошло долгий путь развития с момента его первого предложения в 70-х годах XX века. Его основная идея заключается в том, чтобы выполнять вычисления над зашифрованными данными без их расшифровки. В 2009 году прорывная работа Крейга Джентри проложила путь для практического применения FHE.

FHE позволяет выполнять операции над зашифрованными данными и генерировать зашифрованные результаты, при этом расшифрованный результат совпадает с результатом операций над открытыми данными. Эта технология обладает гомоморфностью, поддерживает неограниченное количество операций сложения и умножения, что позволяет выполнять произвольные вычисления над зашифрованными данными.

Однако FHE также сталкивается с некоторыми проблемами. Управление шумом является ключевой проблемой, так как каждая операция увеличивает шум в зашифрованном тексте. Кроме того, вычислительные затраты FHE в тысячи и миллионы раз выше, чем в случае с открытым текстом, что ограничивает его использование в некоторых сценариях.

В области блокчейна FHE имеет потенциал стать ключевой технологией для решения проблем масштабируемости и защиты конфиденциальности. Он может преобразовать прозрачный блокчейн в частично зашифрованную форму, сохраняя при этом контроль над смарт-контрактами. Некоторые проекты разрабатывают виртуальную машину FHE, позволяющую программистам писать код смарт-контрактов, выполняющих операции с примитивами FHE.

FHE также может улучшить доступность проектов конфиденциальности, таких как решение проблемы синхронизации кошельков через извлечение конфиденциальных сообщений (OMR). Хотя FHE сам по себе не может напрямую решить проблему масштабируемости блокчейна, его сочетание с доказательствами с нулевым разглашением (ZKP) может предложить некоторые решения.

FHE и ZKP являются взаимодополняющими технологиями, каждая из которых имеет свои собственные сценарии применения. ZKP предоставляет проверяемые вычисления и свойства нулевого знания, в то время как FHE позволяет выполнять вычисления над зашифрованными данными, не раскрывая сами данные. Сочетание этих двух технологий может значительно увеличить вычислительную сложность, поэтому необходимо взвесить преимущества и недостатки в зависимости от конкретного случая использования.

На данный момент развитие полностью гомоморфного шифрования отстает от ZKP примерно на три-четыре года, но быстро настигает. Некоторые проекты FHE уже начали тестирование сети и ожидается, что основной сеть будет запущена позже в этом году. Несмотря на то, что вычислительные затраты на FHE все еще высоки, его потенциал для массового применения начинает проявляться.

Применение FHE сталкивается с некоторыми проблемами, включая вычислительную эффективность и управление ключами. Операция самозагрузки является вычислительно интенсивной, но алгоритмические достижения и инженерная оптимизация улучшают эту проблему. Управление ключами также требует дальнейшего развития, чтобы преодолеть проблему единой точки отказа.

На рынке несколько компаний разрабатывают технологии и приложения, связанные с полностью гомоморфным шифрованием (FHE). Эти компании включают Zama, Sunscreen, Octra, Fhenix, Mind Network и Inco. Они сосредоточены на различных сценариях применения FHE, таких как разработка инструментов FHE, создание блокчейн-сетей FHE, предоставление вычислительных услуг FHE и т. д.

Регуляторная среда также оказывает значительное влияние на развитие полностью гомоморфного шифрования. Хотя конфиденциальность данных в целом поддерживается, финансовая конфиденциальность остается серой зоной. FHE имеет потенциал для усиления конфиденциальности данных при сохранении социальной пользы.

Смотря в будущее, ожидается, что технологии FHE достигнут значительного прогресса в течение следующих трех- пяти лет. С постоянным улучшением теории, программного обеспечения, аппаратного обеспечения и алгоритмов, FHE обещает вызвать революционные изменения в области шифрования, предлагая новые решения для масштабируемости блокчейна и защиты конфиденциальности, способствуя инновациям в различных приложениях криптоэкосистемы.