Mã hóa đồng cấu hoàn toàn: Tổng quan và ứng dụng

Mã hóa đồng cấu hoàn toàn(FHE) là một giải pháp mã hóa đặc biệt, cho phép thực hiện tính toán hàm trực tiếp trên văn bản mã hóa mà không cần giải mã, từ đó bảo vệ quyền riêng tư. Khác với mã hóa tĩnh truyền thống và mã hóa trong quá trình truyền tải, FHE có thể thực hiện các xử lý phức tạp trên văn bản mã hóa, điều này đặc biệt hữu ích trong các tình huống bảo vệ quyền riêng tư hợp tác giữa nhiều bên.

Một ứng dụng điển hình của FHE là hệ thống bỏ phiếu trực tuyến. Cử tri có thể gửi phiếu bầu đã được mã hóa cho một thực thể trung gian, thực thể này có thể thống kê số phiếu mà không cần giải mã, cuối cùng chỉ công bố kết quả cuối cùng. Điều này tránh được vấn đề mà trong các phương án truyền thống, người trung gian cần phải giải mã tất cả các phiếu bầu để thống kê.

Trong hệ thống FHE, hàm mã hóa và quá trình tính toán là công khai, nhưng dữ liệu đầu vào và kết quả đầu ra đều được mã hóa. Chỉ những người sở hữu khóa giải mã mới có thể truy cập thông tin rõ ràng. FHE là một giải pháp mã hóa dạng gọn, kích thước của bản mã đầu ra và độ phức tạp của việc giải mã chỉ liên quan đến đầu vào ban đầu, không phụ thuộc vào mức độ phức tạp của quá trình tính toán.

FHE thường bao gồm các loại khóa sau:

1. Khóa giải mã: Khóa chính của hệ thống, được sử dụng để giải mã văn bản mật FHE, thường được người dùng bảo quản tại địa phương.

2. Mã hóa khóa: dùng để chuyển đổi văn bản rõ thành văn bản mật, có thể công khai trong chế độ khóa công.

3. Tính toán khóa: dùng để thực hiện phép toán đồng cấu trên văn bản mã hóa, cũng có thể công khai.

Các mô hình ứng dụng chính của FHE bao gồm:

1. Mô hình thuê ngoài: Giao nhiệm vụ tính toán dữ liệu nhạy cảm cho nhà cung cấp dịch vụ đám mây, đồng thời bảo vệ quyền riêng tư của dữ liệu.

2. Mô hình tính toán hai bên: cho phép cả hai bên thực hiện tính toán hợp tác mà không tiết lộ dữ liệu riêng tư của nhau.

3. Chế độ tổng hợp: Tập hợp an toàn dữ liệu từ nhiều người tham gia, phù hợp với các tình huống như học liên bang.

4. Mô hình khách hàng-máy chủ: Máy chủ cung cấp dịch vụ tính toán mô hình AI riêng tư cho nhiều khách hàng độc lập.

Lợi thế chính của Mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) so với các phương án mã hóa truyền thống là có thể thực hiện các phép toán phức tạp trên dữ liệu đã mã hóa, mang lại khả năng mới cho việc bảo vệ quyền riêng tư. Tuy nhiên, hiện tại chi phí tính toán của FHE vẫn còn rất lớn, cần có những đột phá công nghệ và hỗ trợ phần cứng chuyên dụng hơn nữa để có thể áp dụng thực tế trong nhiều tình huống hơn.