Mã hóa đồng cấu hoàn toàn ( FHE ) phát triển và ứng dụng
Khái niệm mã hóa đồng cấu hoàn toàn ( FHE ) có thể được truy nguyên từ những năm 1970, nhưng đã lâu nay vẫn khó thực hiện. Ý tưởng cốt lõi của FHE là thực hiện tính toán trên dữ liệu được mã hóa mà không cần giải mã trước. Ban đầu chỉ có thể thực hiện các phép toán đơn giản như cộng, trừ, nhân, chia trên dữ liệu mã hóa, điều này được gọi là mã hóa đồng cấu một phần. Năm 2009, Craig Gentry đã đạt được bước đột phá quan trọng, chứng minh khả năng thực hiện bất kỳ phép tính nào trên dữ liệu mã hóa, từ đó thúc đẩy sự phát triển của FHE.
FHE là một công nghệ mã hóa tiên tiến, cho phép thực hiện tính toán trực tiếp trên dữ liệu đã mã hóa mà không cần giải mã. Điều này có nghĩa là có thể thao tác trên văn bản mật và tạo ra kết quả đã mã hóa, kết quả sau khi giải mã sẽ nhất quán với kết quả của các thao tác tương tự trên văn bản gốc.
Các đặc điểm chính của FHE bao gồm:
Tính đồng cấu: phép toán cộng hoặc nhân trên văn bản mã hóa tương đương với việc thực hiện phép toán tương tự trên văn bản rõ.
Quản lý tiếng ồn: Mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) sẽ gây ra tiếng ồn để đảm bảo tính bảo mật, nhưng tiếng ồn sẽ tăng lên sau mỗi thao tác. Kiểm soát và giảm thiểu tiếng ồn là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của phép tính.
Hoạt động vô hạn: Khác với một số mã hóa đồng cấu (PHE) và một loại mã hóa đồng cấu (SHE), FHE hỗ trợ thực hiện phép cộng và phép nhân vô hạn, có thể thực hiện bất kỳ loại tính toán nào trên dữ liệu đã mã hóa.
Thách thức chính mà FHE phải đối mặt là hiệu suất tính toán. Chi phí tính toán trên văn bản mã hóa có thể cao hơn từ 10.000 đến 1.000.000 lần so với tính toán trên văn bản rõ. Chỉ khi có thể thực hiện phép cộng và phép nhân vô hạn trên văn bản mã hóa thì mới đạt được mã hóa đồng cấu hoàn toàn thực sự.
Mã hóa đồng cấu có thể được chia thành các loại sau đây, dựa trên mức độ thực hiện:
Một phần mã hóa đồng cấu ( PHE ): hỗ trợ một phép toán ( cộng hoặc nhân ) với số lần không giới hạn.
Một loại mã hóa đồng cấu ( SHE ): Hỗ trợ số lần giới hạn các phép toán cộng và nhân.
Mã hóa đồng cấu hoàn toàn ( FHE ): Hỗ trợ phép cộng và phép nhân vô hạn, có thể thực hiện bất kỳ phép tính nào trên dữ liệu được mã hóa.
Lợi thế chính của FHE là có thể thực hiện bất kỳ loại tính toán nào trên dữ liệu mã hóa, đồng thời đảm bảo quyền riêng tư và an toàn trong toàn bộ quá trình.
Trong lĩnh vực blockchain, FHE hứa hẹn sẽ trở thành công nghệ then chốt để giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư. Hiện tại, các hệ thống blockchain thường minh bạch, tất cả các giao dịch và biến số hợp đồng thông minh đều công khai. FHE có thể biến đổi blockchain hoàn toàn minh bạch thành dạng mã hóa một phần, đồng thời duy trì khả năng kiểm soát của hợp đồng thông minh.
Ví dụ, một công ty đang phát triển một máy ảo FHE, cho phép các nhà phát triển viết mã hợp đồng thông minh để thao tác các nguyên thủy FHE. Phương pháp này có thể giải quyết các vấn đề về quyền riêng tư hiện tại trên blockchain, làm cho các ứng dụng như thanh toán mã hóa, cá cược trực tuyến trở nên khả thi, đồng thời giữ lại biểu đồ giao dịch, so với các giải pháp quyền riêng tư khác, nó thân thiện hơn với quy định.
FHE còn có thể cải thiện trải nghiệm người dùng của các dự án bảo mật thông qua việc truy xuất thông điệp riêng tư (OMR), cho phép khách hàng ví đồng bộ hóa dữ liệu mà không tiết lộ nội dung truy cập.
Tuy nhiên, FHE không thể giải quyết trực tiếp vấn đề mở rộng của blockchain. Kết hợp FHE với chứng minh không kiến thức (ZKP) có thể giải quyết một số thách thức về khả năng mở rộng. FHE có thể xác minh đảm bảo rằng việc tính toán được thực hiện chính xác, cung cấp cơ chế tính toán đáng tin cậy cho môi trường blockchain.
FHE và ZKP là những công nghệ bổ sung cho nhau, nhưng phục vụ cho những mục đích khác nhau. ZKP cho phép tính toán có thể xác minh và các thuộc tính không biết, cung cấp bảo vệ quyền riêng tư cho trạng thái riêng tư. Tuy nhiên, ZKP không thể cung cấp quyền riêng tư cho trạng thái chia sẻ, điều này rất quan trọng đối với nhiều nền tảng ứng dụng phi tập trung. FHE và tính toán đa bên (MPC) có thể bù đắp cho sự thiếu hụt này, cho phép tính toán trên dữ liệu mã hóa mà không tiết lộ chính dữ liệu.
Sự phát triển của FHE hiện đang chậm hơn ZKP khoảng ba đến bốn năm, nhưng đang nhanh chóng đuổi kịp. Các dự án FHE thế hệ đầu tiên đã bắt đầu thử nghiệm, mạng chính dự kiến sẽ được ra mắt vào cuối năm nay. Mặc dù chi phí tính toán của FHE vẫn cao hơn ZKP, nhưng tiềm năng ứng dụng quy mô lớn của nó đã bắt đầu lộ diện. Khi FHE vào môi trường sản xuất và đạt quy mô, dự kiến sẽ phát triển nhanh chóng như ZK Rollups.
Ứng dụng của FHE đang đối mặt với một số thách thức, bao gồm hiệu suất tính toán và quản lý khóa. Các phép toán khởi động trong FHE đòi hỏi tính toán nặng, nhưng các cải tiến thuật toán và tối ưu hóa kỹ thuật đang không ngừng nâng cao hiệu suất của nó. Đối với một số ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như học máy, các phương án thay thế không sử dụng phép toán khởi động có thể hiệu quả hơn.
Quản lý khóa cũng là một thách thức quan trọng. Một số dự án FHE cần quản lý khóa ngưỡng, liên quan đến một nhóm các người xác thực có khả năng giải mã. Phương pháp này cần được phát triển thêm để vượt qua vấn đề điểm lỗi đơn.
Thị trường FHE đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà đầu tư. Một số công ty đầu tư mạo hiểm trong lĩnh vực mã hóa đang tích cực đầu tư vào lĩnh vực FHE, nhận ra tiềm năng của nó. Một số dự án đang phát triển các ứng dụng dựa trên FHE, chẳng hạn như cá cược trực tuyến, thanh toán thương mại và trò chơi.
Mã hóa đồng cấu hoàn toàn ngưỡng ( TFHE ) kết hợp FHE với MPC và công nghệ blockchain, đặc biệt có triển vọng, mở ra các kịch bản ứng dụng mới. Tính thân thiện với nhà phát triển của FHE cho phép lập trình bằng các ngôn ngữ hợp đồng thông minh phổ biến, nâng cao tính ứng dụng của nó trong phát triển ứng dụng.
Môi trường pháp lý của FHE ở các khu vực khác nhau là khác nhau. Mặc dù quyền riêng tư dữ liệu được hỗ trợ rộng rãi, quyền riêng tư tài chính vẫn là một lĩnh vực gây tranh cãi. FHE có tiềm năng tăng cường bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu, cho phép người dùng giữ quyền sở hữu dữ liệu và có thể thu lợi từ nó, đồng thời duy trì các lợi ích xã hội như quảng cáo định hướng.
Nhìn về tương lai, nghiên cứu lý thuyết, phát triển phần mềm, tối ưu hóa phần cứng và cải tiến thuật toán dự kiến sẽ làm cho mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) ngày càng trở nên thực tiễn. Sự phát triển của FHE đang chuyển từ nghiên cứu lý thuyết sang giai đoạn ứng dụng thực tế, dự kiến sẽ đạt được tiến bộ đáng kể trong ba đến năm năm tới.
Tổng thể mà nói, FHE đang đứng trên bờ vực cách mạng hóa lĩnh vực mã hóa, mang đến những khả năng mới cho các giải pháp bảo mật và riêng tư. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ và sự quan tâm liên tục từ các quỹ đầu tư mạo hiểm, FHE có triển vọng được áp dụng rộng rãi, giải quyết các vấn đề then chốt về khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư trong blockchain. Khi công nghệ ngày càng trưởng thành, FHE có triển vọng mở ra những khả năng mới cho các ứng dụng đổi mới trong hệ sinh thái mã hóa.
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
Mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE: Giải pháp tương lai cho quyền riêng tư và khả năng mở rộng của Blockchain
Mã hóa đồng cấu hoàn toàn ( FHE ) phát triển và ứng dụng
Khái niệm mã hóa đồng cấu hoàn toàn ( FHE ) có thể được truy nguyên từ những năm 1970, nhưng đã lâu nay vẫn khó thực hiện. Ý tưởng cốt lõi của FHE là thực hiện tính toán trên dữ liệu được mã hóa mà không cần giải mã trước. Ban đầu chỉ có thể thực hiện các phép toán đơn giản như cộng, trừ, nhân, chia trên dữ liệu mã hóa, điều này được gọi là mã hóa đồng cấu một phần. Năm 2009, Craig Gentry đã đạt được bước đột phá quan trọng, chứng minh khả năng thực hiện bất kỳ phép tính nào trên dữ liệu mã hóa, từ đó thúc đẩy sự phát triển của FHE.
FHE là một công nghệ mã hóa tiên tiến, cho phép thực hiện tính toán trực tiếp trên dữ liệu đã mã hóa mà không cần giải mã. Điều này có nghĩa là có thể thao tác trên văn bản mật và tạo ra kết quả đã mã hóa, kết quả sau khi giải mã sẽ nhất quán với kết quả của các thao tác tương tự trên văn bản gốc.
Các đặc điểm chính của FHE bao gồm:
Tính đồng cấu: phép toán cộng hoặc nhân trên văn bản mã hóa tương đương với việc thực hiện phép toán tương tự trên văn bản rõ.
Quản lý tiếng ồn: Mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) sẽ gây ra tiếng ồn để đảm bảo tính bảo mật, nhưng tiếng ồn sẽ tăng lên sau mỗi thao tác. Kiểm soát và giảm thiểu tiếng ồn là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác của phép tính.
Hoạt động vô hạn: Khác với một số mã hóa đồng cấu (PHE) và một loại mã hóa đồng cấu (SHE), FHE hỗ trợ thực hiện phép cộng và phép nhân vô hạn, có thể thực hiện bất kỳ loại tính toán nào trên dữ liệu đã mã hóa.
Thách thức chính mà FHE phải đối mặt là hiệu suất tính toán. Chi phí tính toán trên văn bản mã hóa có thể cao hơn từ 10.000 đến 1.000.000 lần so với tính toán trên văn bản rõ. Chỉ khi có thể thực hiện phép cộng và phép nhân vô hạn trên văn bản mã hóa thì mới đạt được mã hóa đồng cấu hoàn toàn thực sự.
Mã hóa đồng cấu có thể được chia thành các loại sau đây, dựa trên mức độ thực hiện:
Lợi thế chính của FHE là có thể thực hiện bất kỳ loại tính toán nào trên dữ liệu mã hóa, đồng thời đảm bảo quyền riêng tư và an toàn trong toàn bộ quá trình.
Trong lĩnh vực blockchain, FHE hứa hẹn sẽ trở thành công nghệ then chốt để giải quyết các vấn đề về khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư. Hiện tại, các hệ thống blockchain thường minh bạch, tất cả các giao dịch và biến số hợp đồng thông minh đều công khai. FHE có thể biến đổi blockchain hoàn toàn minh bạch thành dạng mã hóa một phần, đồng thời duy trì khả năng kiểm soát của hợp đồng thông minh.
Ví dụ, một công ty đang phát triển một máy ảo FHE, cho phép các nhà phát triển viết mã hợp đồng thông minh để thao tác các nguyên thủy FHE. Phương pháp này có thể giải quyết các vấn đề về quyền riêng tư hiện tại trên blockchain, làm cho các ứng dụng như thanh toán mã hóa, cá cược trực tuyến trở nên khả thi, đồng thời giữ lại biểu đồ giao dịch, so với các giải pháp quyền riêng tư khác, nó thân thiện hơn với quy định.
FHE còn có thể cải thiện trải nghiệm người dùng của các dự án bảo mật thông qua việc truy xuất thông điệp riêng tư (OMR), cho phép khách hàng ví đồng bộ hóa dữ liệu mà không tiết lộ nội dung truy cập.
Tuy nhiên, FHE không thể giải quyết trực tiếp vấn đề mở rộng của blockchain. Kết hợp FHE với chứng minh không kiến thức (ZKP) có thể giải quyết một số thách thức về khả năng mở rộng. FHE có thể xác minh đảm bảo rằng việc tính toán được thực hiện chính xác, cung cấp cơ chế tính toán đáng tin cậy cho môi trường blockchain.
FHE và ZKP là những công nghệ bổ sung cho nhau, nhưng phục vụ cho những mục đích khác nhau. ZKP cho phép tính toán có thể xác minh và các thuộc tính không biết, cung cấp bảo vệ quyền riêng tư cho trạng thái riêng tư. Tuy nhiên, ZKP không thể cung cấp quyền riêng tư cho trạng thái chia sẻ, điều này rất quan trọng đối với nhiều nền tảng ứng dụng phi tập trung. FHE và tính toán đa bên (MPC) có thể bù đắp cho sự thiếu hụt này, cho phép tính toán trên dữ liệu mã hóa mà không tiết lộ chính dữ liệu.
Sự phát triển của FHE hiện đang chậm hơn ZKP khoảng ba đến bốn năm, nhưng đang nhanh chóng đuổi kịp. Các dự án FHE thế hệ đầu tiên đã bắt đầu thử nghiệm, mạng chính dự kiến sẽ được ra mắt vào cuối năm nay. Mặc dù chi phí tính toán của FHE vẫn cao hơn ZKP, nhưng tiềm năng ứng dụng quy mô lớn của nó đã bắt đầu lộ diện. Khi FHE vào môi trường sản xuất và đạt quy mô, dự kiến sẽ phát triển nhanh chóng như ZK Rollups.
Ứng dụng của FHE đang đối mặt với một số thách thức, bao gồm hiệu suất tính toán và quản lý khóa. Các phép toán khởi động trong FHE đòi hỏi tính toán nặng, nhưng các cải tiến thuật toán và tối ưu hóa kỹ thuật đang không ngừng nâng cao hiệu suất của nó. Đối với một số ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như học máy, các phương án thay thế không sử dụng phép toán khởi động có thể hiệu quả hơn.
Quản lý khóa cũng là một thách thức quan trọng. Một số dự án FHE cần quản lý khóa ngưỡng, liên quan đến một nhóm các người xác thực có khả năng giải mã. Phương pháp này cần được phát triển thêm để vượt qua vấn đề điểm lỗi đơn.
Thị trường FHE đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà đầu tư. Một số công ty đầu tư mạo hiểm trong lĩnh vực mã hóa đang tích cực đầu tư vào lĩnh vực FHE, nhận ra tiềm năng của nó. Một số dự án đang phát triển các ứng dụng dựa trên FHE, chẳng hạn như cá cược trực tuyến, thanh toán thương mại và trò chơi.
Mã hóa đồng cấu hoàn toàn ngưỡng ( TFHE ) kết hợp FHE với MPC và công nghệ blockchain, đặc biệt có triển vọng, mở ra các kịch bản ứng dụng mới. Tính thân thiện với nhà phát triển của FHE cho phép lập trình bằng các ngôn ngữ hợp đồng thông minh phổ biến, nâng cao tính ứng dụng của nó trong phát triển ứng dụng.
Môi trường pháp lý của FHE ở các khu vực khác nhau là khác nhau. Mặc dù quyền riêng tư dữ liệu được hỗ trợ rộng rãi, quyền riêng tư tài chính vẫn là một lĩnh vực gây tranh cãi. FHE có tiềm năng tăng cường bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu, cho phép người dùng giữ quyền sở hữu dữ liệu và có thể thu lợi từ nó, đồng thời duy trì các lợi ích xã hội như quảng cáo định hướng.
Nhìn về tương lai, nghiên cứu lý thuyết, phát triển phần mềm, tối ưu hóa phần cứng và cải tiến thuật toán dự kiến sẽ làm cho mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) ngày càng trở nên thực tiễn. Sự phát triển của FHE đang chuyển từ nghiên cứu lý thuyết sang giai đoạn ứng dụng thực tế, dự kiến sẽ đạt được tiến bộ đáng kể trong ba đến năm năm tới.
Tổng thể mà nói, FHE đang đứng trên bờ vực cách mạng hóa lĩnh vực mã hóa, mang đến những khả năng mới cho các giải pháp bảo mật và riêng tư. Với sự tiến bộ không ngừng của công nghệ và sự quan tâm liên tục từ các quỹ đầu tư mạo hiểm, FHE có triển vọng được áp dụng rộng rãi, giải quyết các vấn đề then chốt về khả năng mở rộng và bảo vệ quyền riêng tư trong blockchain. Khi công nghệ ngày càng trưởng thành, FHE có triển vọng mở ra những khả năng mới cho các ứng dụng đổi mới trong hệ sinh thái mã hóa.