Полностью гомоморфное шифрование (FHE)

В недавнем разговоре с Eiger, Алекс Пруден — CEO Aleo, подчеркнул, что сфера передовой криптографии выходит за рамки только ZK. Существуют менее известные, но мощные техники, такие как MPC и FHE. Давайте сегодня глубоко погрузимся в тему FHE!

Введение

Определение полностью гомоморфного шифрования (FHE)

Полностью гомоморфное шифрование (FHE) — это метод шифрования, который позволяет выполнять вычисления на зашифрованных данных без необходимости предварительного дешифрования. Это означает, что арифметические операции или даже более сложные вычисления могут проводиться на данных, сохраняя их конфиденциальность. FHE представляет собой революционный подход в области криптографии, поскольку обеспечивает высокий уровень безопасности при обработке данных.

Определение нулевого разглашения (ZK)

Нулевое разглашение (ZK) — это криптографический протокол, который позволяет одной стороне доказать другой, что она знает определенную информацию, не раскрывая саму информацию. Суть ZK заключается в доказательстве знания секрета без его раскрытия. Это особенно полезно в ситуациях, когда необходимо подтвердить подлинность или соответствие определенным условиям, не раскрывая конфиденциальные данные.

Исторический контекст

Развитие FHE

Идея полностью гомоморфного шифрования была впервые предложена в 1978 году, но первый действительно функциональный прототип был создан только в 2009 году. За эти годы многие ученые и исследователи пытались создать эффективный алгоритм FHE, но сталкивались с многочисленными проблемами. Однако с развитием технологий и математических методов, а также благодаря усилиям сообщества, FHE стало реальностью. Сегодня FHE используется в различных приложениях, от облачных вычислений до медицинских исследований, обеспечивая высокий уровень безопасности данных.

Развитие ZK

Концепция нулевого разглашения была впервые представлена в 1980-х годах. С тех пор ZK стала основой для многих криптографических протоколов и систем. Основное применение ZK — создание безопасных систем аутентификации, где пользователь может доказать свою личность, не раскрывая пароль или другую секретную информацию. С развитием технологий блокчейна и криптовалют ZK нашла широкое применение в создании приватных транзакций и безопасных смарт-контрактов.

Основные принципы и механизмы FHE

Как работает FHE?

FHE работает на основе сложных математических алгоритмов и принципов. В основе FHE лежит идея, что данные можно зашифровать таким образом, что затем можно выполнять вычисления непосредственно на зашифрованных данных. Результат этих вычислений также будет зашифрован, и после дешифрования он будет соответствовать результату, который был бы получен при выполнении вычислений на исходных данных. Это достигается с помощью специальных алгоритмов шифрования и математических преобразований.

Применение FHE

FHE используется в различных областях, где требуется обработка конфиденциальных данных. Например, в медицине FHE может быть использовано для анализа медицинских данных без их раскрытия. В финансовом секторе FHE может помочь в проведении безопасных транзакций и анализе финансовой информации без риска утечки данных. FHE также активно используется в облачных вычислениях для обработки данных на сторонних серверах без раскрытия исходной информации.

Основные принципы и механизмы нулевого разглашения

Что такое ZK

Нулевое разглашение (ZK) — это криптографический протокол, который позволяет одной стороне доказать другой, что она знает определенную информацию, не раскрывая саму информацию.

Как работает ZK?

Протоколы нулевого знания обычно включают двух участников: доказывающего и проверяющего. Доказывающий пытается убедить проверяющего, что он знает определенную информацию, не раскрывая ее. Это достигается через серию математических задач и ответов на них. Важно, чтобы проверяющий не мог извлечь никакой конкретной информации о том, что доказывающий действительно знает из этих задач и ответов. Например, доказывающий может доказать, что знает решение определенной проблемы, не раскрывая самого решения. Вместо этого он может предоставить математическое доказательство того, что у него есть решение, которое проверяющий может проверить, не зная самого решения.

Применения ZK

Протоколы нулевого разглашения широко используются в криптографии для обеспечения конфиденциальности и безопасности. Их можно использовать для аутентификации, безопасного обмена ключами и даже для создания криптовалют, обеспечивающих полную анонимность транзакций.

Сравнение FHE и ZK

Сходства и различия

Как FHE, так и ZK являются криптографическими методами, позволяющими обрабатывать данные без раскрытия исходной информации. Однако они работают по разным принципам. В то время как FHE позволяет выполнять вычисления непосредственно над зашифрованными данными, ZK позволяет доказывать знание информации без ее раскрытия.

Преимущества и недостатки каждого подхода

FHE имеет преимущество в том, что позволяет выполнять сложные вычисления над зашифрованными данными, что может быть полезно в облачных вычислениях и других приложениях. Однако это требует сложных математических алгоритмов и может быть вычислительно дорогостоящим. ZK, с другой стороны, представляет собой более легкий и быстрый метод доказательства знания информации. Его можно использовать для аутентификации и других задач, где обработка данных не требуется.

Совместное использование FHE и ZK

Совместное использование полностью гомоморфного шифрования (FHE) и протоколов нулевого разглашения (ZKP) представляет собой передовой подход в области криптографии, который сочетает преимущества обоих методов для создания более безопасных и эффективных систем. Этот подход обеспечивает конфиденциальность данных, одновременно подтверждая их подлинность без раскрытия.

Потенциальные применения

• Безопасные облачные вычисления:

Используя FHE для шифрования данных и ZK для проверки их корректности, вычисления можно безопасно выполнять в облаке, не раскрывая исходные данные.

• Электронное голосование:

Сочетание FHE и ZK может обеспечить конфиденциальность голоса избирателя и одновременно подтвердить, что голос был правильно учтен.

• Финансовые транзакции:

В финансовом секторе можно обеспечить конфиденциальность транзакций, позволяя сторонам проверять правильность операций без доступа к подробной информации о них.

• Медицинская диагностика:

Пациенты могут предоставлять зашифрованную медицинскую информацию для диагностики, а медицинские учреждения могут подтверждать точность диагноза без доступа к личной информации пациента

Преимущества совместного использования

• Усиленная конфиденциальность:

Сочетание FHE и ZK обеспечивает наивысший уровень защиты данных, позволяя пользователям сохранять конфиденциальность своей информации даже во время обработки.

• Доказательство без раскрытия:

ZK позволяет проверять информацию без необходимости ее раскрытия, что идеально дополняет способность FHE выполнять вычисления на зашифрованных данных.

• Гибкость и масштабируемость:

Совместное использование FHE и ZK можно адаптировать для различных приложений, от простых операций до сложных вычислений, обеспечивая эффективную и безопасную обработку данных.

• Снижение риска:

Сочетание этих технологий уменьшает вероятность утечки данных или компрометации, поскольку злоумышленнику нужно преодолеть оба слоя защиты, чтобы получить доступ к информации.

В заключение, совместное использование FHE и ZK открывает новые горизонты в области криптографической безопасности, предоставляя инструменты для создания более надежных и эффективных систем.

Практические примеры и кейсы

Примеры использования FHE в реальной жизни:

Полностью гомоморфное шифрование (FHE) становится все более популярным инструментом в области кибербезопасности. Одним из наиболее известных примеров его использования является облачные вычисления. Компании, такие как Google и Microsoft, уже начали интегрировать FHE в свои облачные сервисы для обеспечения безопасного хранения и обработки данных клиентов без раскрытия их содержимого. Еще одним примером является медицинская отрасль, где FHE может быть использовано для анализа медицинских данных пациентов без нарушения их конфиденциальности.

Примеры использования ZK в реальной жизни:

Доказательство с нулевым разглашением (ZK) нашло широкое применение в секторе криптовалют. Одним из наиболее известных примеров является криптовалюта Zcash, которая использует ZK для обеспечения анонимности транзакций. Кроме того, ZK может быть использовано в системах электронного голосования для подтверждения законности голоса без раскрытия фактического выбора избирателя.

Будущее FHE и ZK

Текущие исследования и разработки:

В настоящее время активно ведется работа по оптимизации и улучшению алгоритмов FHE и ZK. Ученые и инженеры по всему миру работают над созданием более быстрых и эффективных методов шифрования, которые можно было бы интегрировать в повседневные приложения и услуги.

Потенциальные изменения и инновации:

Ожидается, что в ближайшие годы появятся новые методы и технологии, основанные на FHE и ZK. Эти инновации могут радикально изменить подход к обработке и хранению данных, сделав его еще более безопасным и конфиденциальным.

Заключение

Основные моменты статьи:

В статье обсуждались основные принципы и преимущества FHE и ZK, а также практические примеры их использования. Эти технологии представляют собой перспективные направления в области кибербезопасности и криптографии.

Заключения и рекомендации:

FHE и ZK предоставляют мощные инструменты для обеспечения конфиденциальности и безопасности данных. Рекомендуется следить за новыми исследованиями и разработками в этой области, чтобы быть в курсе последних инноваций и тенденций.

Оставайтесь любопытными, продолжайте учиться и углубляйтесь в экосистему Aleo — путешествие только начинается. Присоединяйтесь к сообществу здесь:

Join the Aleo Discord Server!