Развитие и перспективы применения полностью гомоморфного шифрования

Полностью гомоморфное шифрование(FHE) является передовой технологией шифрования, которая позволяет выполнять вычисления над зашифрованными данными без их расшифровки. Эта концепция восходит к 70-м годам XX века, но только в 2009 году прорывная работа Крейга Джентри сделала это возможным.

Ключевой особенностью FHE является гомоморфность, то есть выполнение операций сложения или умножения над зашифрованными данными эквивалентно выполнению тех же операций над открытыми данными. В отличие от частичного гомоморфного шифрования и некоторых видов гомоморфного шифрования, FHE поддерживает неограниченное количество операций сложения и умножения, что позволяет выполнять произвольные вычисления на зашифрованных данных.

В области блокчейна FHE обещает стать ключевой технологией для решения задач масштабируемости и защиты конфиденциальности. Он может преобразовать прозрачный блокчейн в частично зашифрованную форму, сохраняя при этом управление смарт-контрактами. Некоторые проекты разрабатывают виртуальные машины FHE, позволяя программистам писать код смарт-контрактов, управляющих примитивами FHE. Этот подход может реализовать такие случаи использования, как зашифрованные платежи и конфиденциальные игры, при этом сохраняя график транзакций для повышения удобства регулирования.

FHE также может улучшить пользовательский опыт существующих проектов конфиденциальности через поиск приватных сообщений (OMR), позволяя клиентам кошелька синхронизировать данные без раскрытия содержимого доступа.

Хотя FHE сам по себе не может напрямую решить проблему масштабируемости блокчейна, его сочетание с нулевыми доказательствами (ZKP) может привести к некоторым прорывам. Проверяемое FHE может гарантировать правильное выполнение вычислений и предоставить надежный механизм вычислений для среды блокчейна.

FHE и ZKP являются взаимодополняющими технологиями, каждая из которых имеет свои акценты. ZKP предоставляет проверяемые вычисления и свойства нулевых знаний, тогда как FHE позволяет вычислять над зашифрованным состоянием, что имеет решающее значение для платформ без разрешений для смарт-контрактов.

В настоящее время развитие полностью гомоморфного шифрования отстает от ZKP примерно на три-четыре года, но быстро догоняет. Проекты первого поколения FHE уже начали тестирование, и основной сеть ожидается к запуску позже в этом году. Несмотря на то что вычислительные затраты все еще выше, чем у ZKP, потенциал для широкого применения FHE огромен.

Основные проблемы, с которыми сталкивается FHE, включают вычислительную эффективность и управление ключами. Вычислительная интенсивность операций самозагрузки смягчается за счет улучшения алгоритмов и инженерной оптимизации. В области управления ключами некоторые проекты исследуют использование схем управления ключами с порогом.

На рынке несколько стартапов активно разрабатывают технологии и приложения, связанные с полностью гомоморфным шифрованием (FHE):

• Zama предоставляет решения FHE для проектов Web3, такие как библиотека TFHE-rs и fhEVM.
• Sunscreen разработал открытый компилятор для преобразования функций Rust в функции FHE.
• Fhenix строит Ethereum Layer 2, поддерживающий конфиденциальные смарт-контракты.
• Inco Network разрабатывает модульную конфиденциальную вычислительную блокчейн Layer 1, объединяющую EVM и Гомоморфное шифрование.

С учетом постоянного прогресса в теории, программном обеспечении, оборудовании и алгоритмах, FHE ожидает значительные прорывы в течение следующих 3-5 лет, что приведет к революционным изменениям в экосистеме блокчейна и Web3.