Повністю гомоморфне шифрування: концепція та області застосування

Технології шифрування зазвичай поділяються на статичне шифрування та шифрування під час передачі. Статичне шифрування захищає дані, що зберігаються на пристрої або в хмарі, тільки уповноважені особи можуть отримати доступ до розшифрованого вмісту. Шифрування під час передачі забезпечує, що дані, які передаються через мережу, можуть бути розшифровані лише вказаним отримувачем, навіть якщо вони проходять через публічний канал, інформація не буде розкрита.

Ці два види шифрування залежать від шифрувальних алгоритмів і забезпечують цілісність даних через сертифіковане шифрування. Проте деякі сценарії багатосторонньої співпраці потребують складної обробки зашифрованих даних, що стосується технологій захисту приватності, серед яких повністю гомоморфне шифрування ( FHE ) є важливим рішенням.

Беручи онлайн-голосування як приклад, традиційні схеми шифрування важко реалізувати для захисту приватності та одночасного підрахунку голосів. Технологія повністю гомоморфного шифрування дозволяє без розшифрування безпосередньо виконувати функціональні обчислення над шифротекстом, що забезпечує захист приватності та реалізацію необхідних функцій.

FHE є компактною схемою шифрування, розмір зашифрованого виходу та складність розшифрування залежать лише від початкового введення, не підлягаючи впливу проміжних обчислювальних процесів. Вона зазвичай вважається альтернативою безпечним виконуваним середовищам, таким як TEE, безпека базується на криптографічних алгоритмах, а не на апаратних пристроях.

Системи повністю гомоморфного шифрування зазвичай містять кілька складових частин: ключ для розшифрування, ключ для шифрування та ключ для обчислень. Серед них ключ для розшифрування є найбільш чутливим, потрібно забезпечити ефективність та безпеку всього ланцюга гомоморфних операцій.

Режими застосування повністю гомоморфного шифрування

Модель аутсорсингу

Цей режим перетворює звичайні хмари обчислювальної потужності в приватні обчислення, подібні до SGX та TEE. Власник даних надсилає зашифровані дані постачальнику хмарних послуг, який виконує гомоморфне шифрування та повертає зашифровані результати.

Наразі модель зовнішнього управління FHE в основному використовується для приватного інформаційного пошуку (PIR), наприклад, коли клієнт запитує інформацію з великої публічної бази даних, не розкриваючи зміст запиту.

Режим обчислень для двох сторін

У цьому режимі обчислювач також додасть свої власні конфіденційні дані в процес. FHE є ідеальним рішенням для обчислень між двома сторонами з мінімальною складністю комунікації.

Потенційні застосування включають «проблему мільйонера» в криптографії, тобто дві сторони порівнюють своє багатство, не розкриваючи конкретні суми.

Агрегатний режим

Покращення зовнішньої моделі, що дозволяє компактно та верифіковано агрегувати дані кількох учасників. Типові випадки використання включають федеративне навчання та онлайн-системи голосування.

Модель клієнт-сервер

Розширення моделі обчислень для двох сторін, сервер надає послуги обчислень FHE для клієнтів з кількома незалежними ключами. Може використовуватися для обчислювальних послуг приватних AI-моделей, дані клієнта шифруються і обробляються моделлю AI на стороні сервера.

Інші технічні деталі FHE

• Забезпечення дійсності результатів зовнішніх обчислень шляхом надмірних обчислень або цифрового підпису тощо
• Контроль діапазону розшифровки шляхом обмеження доступу до проміжного шифрованого тексту або секретного спільного ключа для розшифровки
• FHE в порівнянні з частковим гомоморфним шифруванням та ієрархічним гомоморфним шифруванням може підтримувати будь-які обчислювальні завдання, при цьому параметри не змінюються з ростом складності.
• FHE потребує регулярного виконання операцій самозавантаження для контролю шуму

Повністю гомоморфне шифрування як потужна технологія захисту конфіденційності демонструє широкі перспективи застосування в багатьох сферах. Завдяки постійній оптимізації алгоритмів і апаратного забезпечення, віримо, що FHE відіграватиме ще більшу роль у майбутньому.

![Один текст, щоб зрозуміти повністю гомоморфне шифрування FHE режими роботи та сценарії застосування](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-e6325d032d33d9fc18683bdc5dc177e2.webp01

![Огляд повністю гомоморфного шифрування FHE: режими роботи та сценарії використання])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a37e9e4883a3e188b0c49f33ec7542cc.webp(

![Огляд повністю гомоморфного шифрування FHE: режими роботи та сценарії застосування])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7019c4531429877198ffe6b794ca6c0c.webp(

![Огляд повністю гомоморфного шифрування FHE: режими роботи та сценарії застосування])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a9346d133b26d0434e9c711e64d01f78.webp(