FHE: Майбутнє обчислень з урахуванням конфіденційності

FHE (гомоморфне шифрування) є передовою технологією шифрування, яка дозволяє безпосередньо виконувати обчислення на зашифрованих даних, забезпечуючи обробку даних при захисті конфіденційності. Ця технологія має великі перспективи застосування у фінансових, медичних, хмарних обчисленнях та інших сферах, чутливих до конфіденційності даних. Однак комерційна реалізація FHE все ще стикається з багатьма викликами, головним чином через величезні витрати на обчислення та пам'ять, а також недостатню масштабованість.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

Основні принципи FHE

Основна ідея FHE полягає в приховуванні вихідних даних за допомогою складних багато项них обчислень. Конкретніше кажучи:

1. Виберіть поліно ключів s(x)
2. Згенерувати випадковий多项式a(x)
3. Згенерувати невеликий "шумовий"多项式 e(x)
4. Шифроване відкриття m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Під час розшифрування, лише знаючи ключ s(x), можна відновити m з c(x). Введення випадкових поліномів і шуму покликане підвищити безпеку, запобігти виведенню закономірностей через просте повторне введення.

Але введення шуму також створює виклики - із збільшенням кількості обчислень шум постійно накопичується, що в кінцевому підсумку може призвести до неможливості правильного розшифрування. Щоб вирішити цю проблему, FHE використовує кілька технологій:

• Ключове перемикання: стиснення розміру шифрованого тексту
• Перемикання модуля: контроль за зростанням шуму
• Bootstrap: скинути шум до початкового рівня

Серед них Bootstrap є ключовим для реалізації справжнього FHE, але також є найвитратнішим з точки зору обчислювальних ресурсів.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягання плаща Гаррі Поттера

Виклики, з якими стикається FHE

Основна проблема FHE полягає в низькій обчислювальній ефективності. Навіть прості обчислення можуть мати витрати, які в мільйони разів перевищують звичайні обчислення. Щоб покращити цю ситуацію, Агентство перспективних дослідницьких проектів Міністерства оборони США (DARPA) у 2021 році запустило програму DPRIVE, метою якої є підвищення швидкості обчислень FHE до 1/10 звичайних обчислень. Програма зосереджена на кількох ключових аспектах:

1. Збільшити довжину слова процесора, щоб підтримувати більші модулі
2. Розробка спеціалізованих ASIC-процесорів
3. Побудова паралельної архітектури MIMD

Хоча план DPRIVE незабаром закінчиться, але, здається, прогрес не відповідає очікуванням. Це вказує на те, що комерціалізація технології FHE ще потребує часу.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягаючи плащ-невидимку Гаррі Поттера

Застосування FHE в блокчейні

У сфері блокчейну FHE в основному використовується для захисту конфіденційності даних, сценарії застосування включають:

• Захист конфіденційності на ланцюгу
• Приватність даних для навчання ШІ
• Приватність голосування в ланцюзі
• Перевірка приватних транзакцій в ланцюгу
• Потенційні рішення MEV

Однак високі обчислювальні витрати FHE також створюють виклики для його застосування в блокчейні, що може суттєво знизити пропускну спроможність мережі.

! Дослідження Gate Ventures: FHE, надягання плаща-невидимки Гаррі Поттера

Основні проекти FHE

Основні проекти в галузі FHE на даний момент включають:

• Zama: на базі схеми TFHE, забезпечує повний стек розробки FHE
• Fhenix: побудова оптимістичного другого рівня з пріоритетом на конфіденційність
• Privasea: прагне до застосування FHE в обробці даних LLM
• Inco Network: побудова мережі Layer 1 на базі FHE
• Arcium: об'єднує різні криптографічні технології, такі як FHE, MPC та ZK
• Mind Network: Дослідження застосування FHE в області Restaking
• Octra: використовує унікальну технологію гіперграфів для реалізації FHE

Перспективи майбутнього

Хоча технологія FHE наразі все ще знаходиться на ранній стадії і стикається з багатьма викликами, її потенціал у захисті приватності не можна ігнорувати. Зі збільшенням капіталовкладень та залученням талантів, а також розробкою спеціалізованого апаратного забезпечення, FHE має всі шанси на досягнення значних проривів у майбутньому. Особливо в таких сферах, як оборона, фінанси, охорона здоров'я, де вимоги до конфіденційності даних є надзвичайно високими, FHE може викликати глибокі зміни.

Впровадження чіпів FHE стане ключовою віхою в комерціалізації цієї технології. На даний момент кілька компаній, таких як Intel, Chain Reaction, Optalysys, вже досліджують цю сферу. Як тільки чіпи FHE стануть зрілими, в поєднанні з передовими технологіями, такими як квантові обчислення, вони обіцяють розкрити величезний інноваційний потенціал.