Розвиток та застосування повністю гомоморфного шифрування

Повністю гомоморфне шифрування (FHE) як одна з передових технологій шифрування, з моменту свого впровадження в 70-х роках минулого століття пройшло довгий шлях розвитку. Його основна ідея полягає в виконанні обчислень над зашифрованими даними без їх розшифрування. У 2009 році проривна робота Крейга Джентрі проклала шлях для практичного застосування FHE.

FHE дозволяє виконувати операції над шифротекстом і генерувати зашифровані результати, які після розшифровки відповідають результатам операцій над відкритим текстом. Ця технологія має гомоморфні властивості, підтримує нескінченну кількість операцій додавання та множення, що дозволяє виконувати будь-які обчислення над зашифрованими даними.

Проте, FHE також стикається з певними викликами. Управління шумом є ключовою проблемою, оскільки кожна операція додає шум у шифротекст. Крім того, обчислювальні витрати FHE в тисячі або навіть мільйони разів перевищують витрати на обчислення з відкритим текстом, що обмежує його використання в деяких сценаріях.

У сфері блокчейну FHE має потенціал стати ключовою технологією для вирішення проблем масштабованості та захисту конфіденційності. Він може перетворити прозорий блокчейн у частково зашифровану форму, зберігаючи при цьому контроль над смарт-контрактами. Деякі проекти розробляють віртуальну машину FHE, яка дозволяє програмістам писати код смарт-контрактів для роботи з примітивами FHE.

FHE також може покращити доступність проектів конфіденційності, таких як вирішення проблеми синхронізації гаманців за допомогою обробки конфіденційних повідомлень (OMR). Хоча FHE сам по собі не може безпосередньо вирішити проблеми масштабованості блокчейну, його поєднання з доказами з нульовим розголошенням (ZKP) може надати деякі рішення.

FHE та ZKP є взаємодоповнюючими технологіями, кожна з яких має свої різні сценарії застосування. ZKP забезпечує верифіковані обчислення та властивості нульового знання, тоді як FHE дозволяє виконувати обчислення над зашифрованими даними без розкриття самих даних. Поєднання обох може значно підвищити обчислювальну складність, тому необхідно зважувати переваги та недоліки залежно від конкретного випадку використання.

На даний момент розвиток повністю гомоморфного шифрування (FHE) приблизно відстає від доказів з нульовим розкриттям (ZKP) на три-чотири роки, але швидко наздоганяє. Деякі проекти FHE вже почали тестування мережі, і очікується, що основна мережа буде запущена пізніше цього року. Незважаючи на те, що обчислювальні витрати FHE все ще високі, потенціал для його масового впровадження стає очевидним.

Застосування повністю гомоморфного шифрування стикається з деякими викликами, включаючи обчислювальну ефективність та управління ключами. Операції самозавантаження є обчислювально інтенсивними, але алгоритмічні досягнення та інженерні оптимізації допомагають покращити цю проблему. Управління ключами також потребує подальшого розвитку, щоб подолати проблему єдиної точки відмови.

У ринковому аспекті кілька компаній працюють над технологіями та застосуваннями, пов'язаними з FHE. До цих компаній відносяться Zama, Sunscreen, Octra, Fhenix, Mind Network та Inco. Вони зосереджені на різних сценаріях застосування FHE, таких як розробка інструментів FHE, створення блокчейн-мереж FHE, надання обчислювальних послуг FHE тощо.

Регуляторне середовище також має важливий вплив на розвиток повністю гомоморфного шифрування. Незважаючи на те, що конфіденційність даних загалом підтримується, фінансова конфіденційність залишається сірою зоною. FHE має потенціал для посилення конфіденційності даних, водночас зберігаючи соціальну вигоду.

З огляду на майбутнє, очікується, що технологія FHE досягне значного прогресу протягом найближчих трьох-п’яти років. Завдяки постійному вдосконаленню теорії, програмного забезпечення, апаратного забезпечення та алгоритмів, FHE має потенціал викликати революційні зміни в галузі шифрування, пропонуючи нові рішення для масштабованості блокчейну та захисту конфіденційності, сприяючи інноваціям у різних застосуваннях в екосистемі шифрування.