tamamen homomorfik şifrelemenin gelişimi ve uygulamaları

Tamamen homomorfik şifreleme (FHE) kavramı ilk olarak 1970'li yıllara kadar uzanmakta, ancak uzun süre uygulanması zor olmuştur. Temel fikir, şifrelenmiş veriler üzerinde şifre çözmeden hesaplama yapmaktır. Başlangıçta yalnızca basit toplama veya çarpma işlemleri yapılabiliyor ve buna kısmi homomorfik şifreleme deniyordu. 2009 yılında Craig Gentry'nin çığır açan araştırması, şifrelenmiş veriler üzerinde herhangi bir hesaplama yapmanın mümkün olduğunu göstermiştir ve bu, FHE'nin gelişimini teşvik etmiştir.

FHE, verilerin şifreli durumda hesaplanmasına izin veren gelişmiş bir şifreleme teknolojisidir. Bu, şifrelenmiş veriler üzerinde doğrudan işlem yapabileceğiniz ve şifrelenmiş sonuçlar üretebileceğiniz anlamına gelir; deşifre edildiğinde, sonuç, orijinal veriler üzerinde aynı işlemi gerçekleştirmenin sonucuyla tutarlıdır.

tamamen homomorfik şifrelemenin temel özellikleri

1. Homomorfik Şifreleme:

   • Toplama: Şifreli metin üzerindeki toplama, düz metin üzerindeki toplama ile eşdeğerdir.
   • Çarpma: Şifreli verinin çarpımı, açık verinin çarpımına eşittir.

2. Gürültü Yönetimi: FHE şifreleme sürecinde güvenliği sağlamak için gürültü eklenir, ancak her işlemden sonra gürültü artar. Gürültüyü etkili bir şekilde yönetmek ve en aza indirmek, hesaplama doğruluğunu sağlamak için kritik öneme sahiptir.

3. Sonsuz İşlem: Kısmi Homomorfik Şifreleme (PHE) ve belirli bir Homomorfik Şifreleme (SHE) ile farklı olarak, tamamen homomorfik şifreleme (FHE) sınırsız sayıda toplama ve çarpma işlemini destekler, bu da onun şifreli veriler üzerinde her türlü hesaplama yapabilmesini sağlar.

Ancak, FHE iki ana zorlukla karşı karşıya:

1. Gürültü kontrolü: İşlem sırasında eklenen gürültü hesaplama sapmalarına neden olabilir, bu nedenle dikkatli bir şekilde kontrol edilmesi gerekmektedir.
2. Hesaplama maliyeti: Şifreli hesaplama, açık metin hesaplamasından çok daha pahalıdır ve 10.000 ile 1.000.000 katına kadar çıkabilir.

FHE'nin Blockchain'deki Uygulamaları

FHE, blok zinciri ölçeklenebilirliği ve gizlilik koruması için anahtar teknoloji olma potansiyeline sahip. Mevcut blok zinciri sistemleri genellikle şeffaftır, işlemler ve akıllı sözleşme değişkenleri herkese açıktır. FHE, tamamen şeffaf bir blok zincirini kısmen şifrelenmiş bir forma dönüştürebilirken, akıllı sözleşmelerin kontrolünü koruyabilir.

Bazı projeler, programcıların FHE ilkelere işlem yapan akıllı sözleşme kodu yazmalarına olanak tanıyan FHE sanal makineleri geliştiriyor. Bu yaklaşım, mevcut blockchain üzerindeki gizlilik sorunlarını çözebilir, şifreleme ödemeleri, oyunlar gibi uygulamaları mümkün kılarken, işlem grafiğini koruyarak düzenleyici dostluğu artırır.

FHE ayrıca gizli mesaj arama (OMR) ile gizlilik projelerinin kullanıcı deneyimini geliştirebilir ve cüzdan istemcisinin erişim içeriğini ifşa etmeden verileri senkronize etmesine olanak tanır.

Ancak, FHE kendisi doğrudan blockchain ölçeklenebilirlik sorununu çözemez. FHE'yi sıfır bilgi kanıtları (ZKP) ile birleştirmek, bazı ölçeklenebilirlik zorluklarını çözmek için fikirler sağlayabilir.

FHE ve Sıfır Bilgi Kanıtı İlişkisi

FHE ve ZKP, birbirini tamamlayan teknolojilerdir ve farklı amaçlara hizmet ederler. ZKP, doğrulanabilir hesaplama ve sıfır bilgi özellikleri sağlar, özel durumlar için gizlilik koruması sunar. Ancak, ZKP, paylaşılan durumların gizliliğini koruyamaz, bu da izin gerektirmeyen akıllı sözleşme platformları için kritik öneme sahiptir. FHE ve çok taraflı hesaplama (MPC) ise verileri açığa çıkarmadan şifreli veriler üzerinde hesaplama yapabilir.

FHE'nin Gelişim Durumu ve Geleceği

FHE'nin gelişimi ZKP'den yaklaşık üç ila dört yıl geride, ancak hızla yetişiyor. İlk FHE projeleri test aşamasına girdi ve bu yılın ilerleyen dönemlerinde ana ağın yayınlanması bekleniyor. FHE'nin hesaplama maliyetleri hala ZKP'den yüksek olmasına rağmen, büyük ölçekli uygulama potansiyeli oldukça büyük. FHE üretim ortamına girdiğinde ve ölçeklenebilir hale geldiğinde, gelişim hızının ZK Rollups ile eşdeğer olması bekleniyor.

Zorluklar ve Engeller

FHE'nin geniş uygulamaları, hesaplama verimliliği ve anahtar yönetimi gibi zorluklarla karşı karşıyadır. FHE'deki özyükleme işlemleri hesaplama açısından yoğun olsa da, algoritma ilerlemeleri ve mühendislik optimizasyonları bu sorunu iyileştirmektedir. Makine öğrenimi gibi belirli uygulamalar için, özyükleme kullanmayan alternatifler daha verimli olabilir.

Anahtar yönetimi de önemli bir zorluktur. Bazı FHE projeleri, şifre çözme yeteneğine sahip doğrulayıcı grubunu içeren eşik anahtar yönetimi gerektirir. Bu yaklaşım, tek nokta arızası sorununu aşmak için daha fazla geliştirilmelidir.

FHE pazar durumu

Birçok şifreleme risk sermayesi şirketi, FHE alanına aktif olarak yatırım yapıyor ve potansiyelini değerlendiriyor. Bazı projeler, FHE tabanlı uygulamalar geliştiriyor, örneğin oyunlar, ödeme sistemleri vb. Eşik FHE (TFHE), FHE'yi MPC ve blok zinciri ile birleştirerek yeni uygulama senaryoları açıyor. FHE'nin geliştirici dostu olması, yaygın programlama dilleri ile geliştirmeyi desteklemesi, uygulama geliştirmede daha pratik ve uygulanabilir hale getiriyor.

Düzenleyici Ortam

FHE gibi gizlilik teknolojilerinin düzenleyici ortamı farklı bölgelerde farklılık göstermektedir. Veri gizliliği genel olarak desteklenmesine rağmen, finansal gizlilik hâlâ gri alandadır. FHE, veri gizliliğini artırma potansiyeline sahip olup, kullanıcıların veri sahipliğini korumasına ve bununla birlikte toplumsal faydayı sağlarken kazanç elde etmesine olanak tanır.

Sonuç

Tamamen homomorfik şifreleme, şifreleme alanında dönüşüm geçiren bir dönemde, gelişmiş gizlilik ve güvenlik çözümleri sunmaktadır. Teknolojik ilerlemeler ve sermaye ilgisiyle birlikte, FHE'nin büyük ölçekli uygulamalar gerçekleştirmesi bekleniyor ve blockchain ölçeklenebilirliği ile gizlilik koruma konularında önemli sorunları çözmesi öngörülüyor. Teknolojinin olgunlaşmasıyla, FHE, şifreleme ekosistemindeki çeşitli uygulamalara yenilikçi fırsatlar sağlayacaktır.