Полностью гомоморфное шифрование(FHE): развитие и применение
полностью гомоморфное шифрование(FHE) концепция впервые была предложена в 70-х годах XX века, но долгое время оставалась труднодостижимой. Основная идея заключается в шифровании данных и выполнении вычислений без их расшифровки. Изначально можно было выполнять только простые операции, такие как сложение, вычитание, умножение и деление на зашифрованных данных, что называлось частичным гомоморфным шифрованием. В 2009 году Крейг Джентри добился прорывного прогресса, продемонстрировав возможность выполнения произвольных вычислений на зашифрованных данных, что способствовало развитию полностью гомоморфного шифрования.
FHE является передовой технологией шифрования, позволяющей выполнять вычисления над зашифрованными данными без их расшифровки. Это означает, что можно выполнять операции над зашифрованными данными ( и генерировать зашифрованный результат, который после расшифровки будет совпадать с результатом аналогичных операций над открытыми данными ).
Ключевые характеристики полностью гомоморфного шифрования
Гомоморфность
Сложение: Операция сложения над шифротекстом эквивалентна операции сложения над открытым текстом.
E(a+b)=E(a)+E(b)
Умножение: Выполнение операции умножения над шифротекстом эквивалентно выполнению операции умножения над открытым текстом.
E(a×b)=E(a)×E(b)
Управление шумом: При шифровании FHE к шифротексту добавляется шум для обеспечения безопасности. Однако после каждой операции шум увеличивается, поэтому управление и минимизация шума имеют решающее значение, иначе это может привести к неточным вычислениям или сбоям.
Безлимитные операции: В отличие от частичного гомоморфного шифрования (PHE) и некоторого гомоморфного шифрования (SHE), FHE поддерживает неограниченное количество сложения и умножения, позволяя выполнять любые типы вычислений над зашифрованными данными.
Строго говоря, полностью гомоморфное шифрование является особым случаем гомоморфного шифрования. Гомоморфное шифрование означает, что выполнение операций сложения или умножения над зашифрованными данными эквивалентно выполнению тех же операций над открытыми данными:
E(a+b)=E(a)+E(b)
E(a×b)=E(a)×E(b)
Здесь a и E(a), b и E(b) могут рассматриваться как эквивалентные. Однако следует обратить внимание на две важные проблемы:
Эквивалентность между открытым текстом и шифрованным текстом включает добавление шума к открытому тексту перед операцией для получения шифрованного текста. Если шум приводит к значительным отклонениям, вычисления могут завершиться неудачей. Поэтому контроль шума имеет решающее значение для различных алгоритмов.
Расходы на сложение и умножение огромны. Вычисления с зашифрованными данными могут занять от 10 000 до 1 000 000 раз больше времени, чем вычисления с открытыми данными. Полностью гомоморфное шифрование достигается только тогда, когда можно выполнять неограниченное количество сложений и умножений на зашифрованных данных.
В зависимости от степени реализации, Гомоморфное шифрование можно разделить на следующие типы:
Часть гомоморфного шифрования ( PHE ): поддерживает неограниченное количество операций ( сложения или умножения ). Например, RSA является частично гомоморфным в отношении умножения.
Некоторое гомоморфное шифрование ( SHE ): поддерживает ограниченное количество операций сложения и умножения. Подходит для конкретных приложений, требующих лишь небольшого количества операций.
полностью гомоморфное шифрование(FHE): поддерживает неограниченное количество сложений и умножений, позволяет выполнять произвольные вычисления над зашифрованными данными. Исключительно мощное, но требует больших вычислительных ресурсов.
Основное преимущество FHE заключается в возможности выполнения любых типов вычислений на зашифрованных данных, что обеспечивает конфиденциальность и безопасность всего вычислительного процесса.
Применение полностью гомоморфного шифрования в блокчейне
FHE имеет потенциал стать ключевой технологией для масштабируемости и защиты конфиденциальности в блокчейне. В настоящее время блокчейн по умолчанию является прозрачным, каждая транзакция и переменные смарт-контрактов являются публичными. FHE может преобразовать полностью прозрачный блокчейн в частично зашифрованную форму, оставаясь при этом под контролем смарт-контрактов.
Некоторые проекты разрабатывают виртуальную машину FHE, позволяющую программистам писать код Solidity для операций с примитивами FHE. Этот подход может решить сегодняшние проблемы конфиденциальности в блокчейне, сделать возможными такие случаи использования, как зашифрованные платежи, игровые автоматы и казино, при этом сохраняя граф транзакций, что делает его более дружественным к регуляторным требованиям по сравнению с другими решениями по конфиденциальности.
Другим ключевым приложением FHE является улучшение доступности проектов конфиденциальности. Некоторые проекты конфиденциальности сталкиваются с серьезными проблемами доступности, такими как длительное время извлечения информации о балансе и задержки синхронизации. FHE предлагает решение через шифрование сообщений конфиденциальности (OMR), позволяя клиентам кошелька синхронизироваться без раскрытия содержимого доступа.
Однако FHE не может напрямую решить проблемы масштабируемости блокчейна, такие как технологии Rollup. Сочетание FHE с доказательствами с нулевым разглашением (ZKP) может помочь решить некоторые проблемы масштабируемости. Проверяемое FHE может гарантировать правильное выполнение вычислений, аналогично ZK Rollups, предоставляя надежный механизм вычислений для блокчейн-среды.
Связь между FHE и нулевыми доказательствами ( ZKP )
FHE и ZKP являются взаимодополняющими технологиями, но служат различным целям. ZKP позволяет выполнять проверяемые вычисления и обладает нулевыми знаниями, обеспечивая конфиденциальность частного состояния. Однако ZKP не предоставляет конфиденциальности общему состоянию, что имеет решающее значение для платформ без разрешений смарт-контрактов. В этом случае FHE и многопартитные вычисления (MPC) играют роль, позволяя выполнять вычисления на зашифрованных данных без раскрытия самих данных.
Комбинирование ZKP и полностью гомоморфного шифрования значительно увеличит вычислительную сложность, если не требуется для конкретного случая использования, в противном случае это нецелесообразно.
Текущая стадия FHE и будущее
FHE отстает в развитии от ZKP примерно на три-четыре года, но быстро нагоняет. Проекты первого поколения FHE запускают тестовую сеть, а основная сеть ожидается к выпуску позже в этом году. Несмотря на то, что FHE все еще имеет более высокие вычислительные затраты по сравнению с ZKP, потенциал его массового внедрения уже настал. Как только FHE войдет в производство и масштабируется, ожидается, что он будет расти так же быстро, как ZK Rollups.
Вызовы и узкие места
Применение полностью гомоморфного шифрования (FHE) сталкивается с несколькими проблемами, включая вычислительную эффективность и управление ключами. Вычисления, связанные с операцией самозагрузки в FHE, являются ресурсоемкими, но с развитием алгоритмов и оптимизацией инженерии ситуация улучшается. Для конкретных случаев использования альтернативные решения, не использующие операцию самозагрузки, могут быть более эффективными.
Управление ключами также представляет собой проблему. Некоторые проекты требуют управления ключами с порогом, что подразумевает наличие группы валидаторов с возможностью расшифровки. Этот метод требует дальнейшего развития для преодоления проблемы единой точки отказа.
Состояние рынка полностью гомоморфного шифрования
Компании по шифрованию венчурного капитала активно инвестируют в область FHE, осознавая её потенциал. Некоторые проекты сосредоточены на примерах использования fhEVM и разрабатывают приложения, такие как игровые автоматы, казино, коммерческие платежи и игры, в сотрудничестве с партнёрами.
Пороговое полностью гомоморфное шифрование ( TFHE ) сочетает FHE с MPC и блокчейном, что особенно многообещающе и открывает новые возможности. Дружественность разработчиков FHE позволяет использовать Solidity для программирования, что делает его практичным и осуществимым в разработке приложений.
Регуляторная среда
Регуляторная среда для технологий конфиденциальности, таких как полностью гомоморфное шифрование (FHE), различается в разных регионах. Несмотря на то, что конфиденциальность данных широко поддерживается, финансовая конфиденциальность остается серой зоной. FHE имеет потенциал для повышения конфиденциальности данных, позволяя пользователям сохранять права собственности на данные и, возможно, получать с них прибыль, одновременно сохраняя такие социальные преимущества, как таргетированная реклама.
Смотря в будущее, ожидается, что постепенное совершенствование теории, программного обеспечения, аппаратного обеспечения и алгоритмов сделает полностью гомоморфное шифрование все более практичным. Разработка FHE в настоящее время переходит от теоретических исследований к практическому применению, и ожидается, что в течение следующих трех- пяти лет будет достигнут значительный прогресс.
Заключение
Полностью гомоморфное шифрование(FHE)находится на грани революционных изменений в области шифрования, предлагая современные решения для обеспечения конфиденциальности и безопасности. С учетом продолжающегося прогресса и растущего интереса со стороны венчурного капитала, FHE обещает массовое внедрение, решая ключевые проблемы масштабируемости блокчейна и защиты конфиденциальности. С развитием технологий оно обещает открыть новые возможности и стимулировать инновации в различных приложениях криптоэкосистемы.
На этой странице может содержаться сторонний контент, который предоставляется исключительно в информационных целях (не в качестве заявлений/гарантий) и не должен рассматриваться как поддержка взглядов компании Gate или как финансовый или профессиональный совет. Подробности смотрите в разделе «Отказ от ответственности» .
14 Лайков
Награда
14
2
Поделиться
комментарий
0/400
MissingSats
· 18ч назад
Имя пользователя: MissingSats Описание: Безработный держатель Биткойн, ухаживающий за шиба-ину
Текст комментария: Это просто абсурд, человек решает задачу и при этом скрывает её.
Полностью гомоморфное шифрование FHE: новое направление в решении проблем конфиденциальности и масштабируемости Блокчейн
Полностью гомоморфное шифрование(FHE): развитие и применение
полностью гомоморфное шифрование(FHE) концепция впервые была предложена в 70-х годах XX века, но долгое время оставалась труднодостижимой. Основная идея заключается в шифровании данных и выполнении вычислений без их расшифровки. Изначально можно было выполнять только простые операции, такие как сложение, вычитание, умножение и деление на зашифрованных данных, что называлось частичным гомоморфным шифрованием. В 2009 году Крейг Джентри добился прорывного прогресса, продемонстрировав возможность выполнения произвольных вычислений на зашифрованных данных, что способствовало развитию полностью гомоморфного шифрования.
FHE является передовой технологией шифрования, позволяющей выполнять вычисления над зашифрованными данными без их расшифровки. Это означает, что можно выполнять операции над зашифрованными данными ( и генерировать зашифрованный результат, который после расшифровки будет совпадать с результатом аналогичных операций над открытыми данными ).
Ключевые характеристики полностью гомоморфного шифрования
Гомоморфность
E(a+b)=E(a)+E(b)
E(a×b)=E(a)×E(b)
Управление шумом: При шифровании FHE к шифротексту добавляется шум для обеспечения безопасности. Однако после каждой операции шум увеличивается, поэтому управление и минимизация шума имеют решающее значение, иначе это может привести к неточным вычислениям или сбоям.
Безлимитные операции: В отличие от частичного гомоморфного шифрования (PHE) и некоторого гомоморфного шифрования (SHE), FHE поддерживает неограниченное количество сложения и умножения, позволяя выполнять любые типы вычислений над зашифрованными данными.
Строго говоря, полностью гомоморфное шифрование является особым случаем гомоморфного шифрования. Гомоморфное шифрование означает, что выполнение операций сложения или умножения над зашифрованными данными эквивалентно выполнению тех же операций над открытыми данными:
E(a+b)=E(a)+E(b)
E(a×b)=E(a)×E(b)
Здесь a и E(a), b и E(b) могут рассматриваться как эквивалентные. Однако следует обратить внимание на две важные проблемы:
Эквивалентность между открытым текстом и шифрованным текстом включает добавление шума к открытому тексту перед операцией для получения шифрованного текста. Если шум приводит к значительным отклонениям, вычисления могут завершиться неудачей. Поэтому контроль шума имеет решающее значение для различных алгоритмов.
Расходы на сложение и умножение огромны. Вычисления с зашифрованными данными могут занять от 10 000 до 1 000 000 раз больше времени, чем вычисления с открытыми данными. Полностью гомоморфное шифрование достигается только тогда, когда можно выполнять неограниченное количество сложений и умножений на зашифрованных данных.
В зависимости от степени реализации, Гомоморфное шифрование можно разделить на следующие типы:
Часть гомоморфного шифрования ( PHE ): поддерживает неограниченное количество операций ( сложения или умножения ). Например, RSA является частично гомоморфным в отношении умножения.
Некоторое гомоморфное шифрование ( SHE ): поддерживает ограниченное количество операций сложения и умножения. Подходит для конкретных приложений, требующих лишь небольшого количества операций.
полностью гомоморфное шифрование(FHE): поддерживает неограниченное количество сложений и умножений, позволяет выполнять произвольные вычисления над зашифрованными данными. Исключительно мощное, но требует больших вычислительных ресурсов.
Основное преимущество FHE заключается в возможности выполнения любых типов вычислений на зашифрованных данных, что обеспечивает конфиденциальность и безопасность всего вычислительного процесса.
Применение полностью гомоморфного шифрования в блокчейне
FHE имеет потенциал стать ключевой технологией для масштабируемости и защиты конфиденциальности в блокчейне. В настоящее время блокчейн по умолчанию является прозрачным, каждая транзакция и переменные смарт-контрактов являются публичными. FHE может преобразовать полностью прозрачный блокчейн в частично зашифрованную форму, оставаясь при этом под контролем смарт-контрактов.
Некоторые проекты разрабатывают виртуальную машину FHE, позволяющую программистам писать код Solidity для операций с примитивами FHE. Этот подход может решить сегодняшние проблемы конфиденциальности в блокчейне, сделать возможными такие случаи использования, как зашифрованные платежи, игровые автоматы и казино, при этом сохраняя граф транзакций, что делает его более дружественным к регуляторным требованиям по сравнению с другими решениями по конфиденциальности.
Другим ключевым приложением FHE является улучшение доступности проектов конфиденциальности. Некоторые проекты конфиденциальности сталкиваются с серьезными проблемами доступности, такими как длительное время извлечения информации о балансе и задержки синхронизации. FHE предлагает решение через шифрование сообщений конфиденциальности (OMR), позволяя клиентам кошелька синхронизироваться без раскрытия содержимого доступа.
Однако FHE не может напрямую решить проблемы масштабируемости блокчейна, такие как технологии Rollup. Сочетание FHE с доказательствами с нулевым разглашением (ZKP) может помочь решить некоторые проблемы масштабируемости. Проверяемое FHE может гарантировать правильное выполнение вычислений, аналогично ZK Rollups, предоставляя надежный механизм вычислений для блокчейн-среды.
Связь между FHE и нулевыми доказательствами ( ZKP )
FHE и ZKP являются взаимодополняющими технологиями, но служат различным целям. ZKP позволяет выполнять проверяемые вычисления и обладает нулевыми знаниями, обеспечивая конфиденциальность частного состояния. Однако ZKP не предоставляет конфиденциальности общему состоянию, что имеет решающее значение для платформ без разрешений смарт-контрактов. В этом случае FHE и многопартитные вычисления (MPC) играют роль, позволяя выполнять вычисления на зашифрованных данных без раскрытия самих данных.
Комбинирование ZKP и полностью гомоморфного шифрования значительно увеличит вычислительную сложность, если не требуется для конкретного случая использования, в противном случае это нецелесообразно.
Текущая стадия FHE и будущее
FHE отстает в развитии от ZKP примерно на три-четыре года, но быстро нагоняет. Проекты первого поколения FHE запускают тестовую сеть, а основная сеть ожидается к выпуску позже в этом году. Несмотря на то, что FHE все еще имеет более высокие вычислительные затраты по сравнению с ZKP, потенциал его массового внедрения уже настал. Как только FHE войдет в производство и масштабируется, ожидается, что он будет расти так же быстро, как ZK Rollups.
Вызовы и узкие места
Применение полностью гомоморфного шифрования (FHE) сталкивается с несколькими проблемами, включая вычислительную эффективность и управление ключами. Вычисления, связанные с операцией самозагрузки в FHE, являются ресурсоемкими, но с развитием алгоритмов и оптимизацией инженерии ситуация улучшается. Для конкретных случаев использования альтернативные решения, не использующие операцию самозагрузки, могут быть более эффективными.
Управление ключами также представляет собой проблему. Некоторые проекты требуют управления ключами с порогом, что подразумевает наличие группы валидаторов с возможностью расшифровки. Этот метод требует дальнейшего развития для преодоления проблемы единой точки отказа.
Состояние рынка полностью гомоморфного шифрования
Компании по шифрованию венчурного капитала активно инвестируют в область FHE, осознавая её потенциал. Некоторые проекты сосредоточены на примерах использования fhEVM и разрабатывают приложения, такие как игровые автоматы, казино, коммерческие платежи и игры, в сотрудничестве с партнёрами.
Пороговое полностью гомоморфное шифрование ( TFHE ) сочетает FHE с MPC и блокчейном, что особенно многообещающе и открывает новые возможности. Дружественность разработчиков FHE позволяет использовать Solidity для программирования, что делает его практичным и осуществимым в разработке приложений.
Регуляторная среда
Регуляторная среда для технологий конфиденциальности, таких как полностью гомоморфное шифрование (FHE), различается в разных регионах. Несмотря на то, что конфиденциальность данных широко поддерживается, финансовая конфиденциальность остается серой зоной. FHE имеет потенциал для повышения конфиденциальности данных, позволяя пользователям сохранять права собственности на данные и, возможно, получать с них прибыль, одновременно сохраняя такие социальные преимущества, как таргетированная реклама.
Смотря в будущее, ожидается, что постепенное совершенствование теории, программного обеспечения, аппаратного обеспечения и алгоритмов сделает полностью гомоморфное шифрование все более практичным. Разработка FHE в настоящее время переходит от теоретических исследований к практическому применению, и ожидается, что в течение следующих трех- пяти лет будет достигнут значительный прогресс.
Заключение
Полностью гомоморфное шифрование(FHE)находится на грани революционных изменений в области шифрования, предлагая современные решения для обеспечения конфиденциальности и безопасности. С учетом продолжающегося прогресса и растущего интереса со стороны венчурного капитала, FHE обещает массовое внедрение, решая ключевые проблемы масштабируемости блокчейна и защиты конфиденциальности. С развитием технологий оно обещает открыть новые возможности и стимулировать инновации в различных приложениях криптоэкосистемы.
Описание: Безработный держатель Биткойн, ухаживающий за шиба-ину
Текст комментария:
Это просто абсурд, человек решает задачу и при этом скрывает её.