encriptação totalmente homomórfica(FHE) análise técnica: princípios, aplicações e perspectivas futuras

Recentemente, o mercado de encriptação teve poucas flutuações, o que nos proporcionou mais tempo para focar no desenvolvimento de novas tecnologias. Embora o mercado de encriptação em 2024 possa não ser tão grandioso quanto em anos anteriores, ainda há algumas novas tecnologias que estão amadurecendo gradualmente, incluindo o tema que vamos discutir hoje: encriptação totalmente homomórfica (Fully Homomorphic Encryption, abreviada como FHE).

Para entender este conceito complexo de FHE, precisamos primeiro compreender o que é "encriptação", o que é "homomórfico" e por que precisamos do "total".

encriptação de conceitos básicos

A forma mais básica de encriptação é bem conhecida por todos. Por exemplo, Alice quer enviar uma mensagem secreta a Bob: "1314 520". Se precisar transmitir a mensagem através de um terceiro C e garantir a confidencialidade da informação, um método simples é multiplicar cada número por 2 para encriptar, tornando-se "2628 1040". Quando Bob a recebe, basta dividir cada número por 2 para conseguir decifrar a mensagem original de Alice. Este método é o básico da encriptação simétrica.

Criptografia homomórfica

Agora, suponha que Alice tenha apenas 7 anos e só saiba realizar as operações mais simples de multiplicar por 2 e dividir por 2. Ela precisa calcular o total da conta de eletricidade da casa durante 12 meses, sendo que a conta mensal é de 400 yuan. No entanto, multiplicar 400 por 12 é muito complexo para ela, e ela não consegue calcular. Ao mesmo tempo, ela não quer que ninguém saiba as informações específicas da conta de eletricidade.

Neste caso, Alice pode usar um método simples de encriptação homomórfica. Ela multiplica 400 e 12 por 2 para encriptar, transformando-os em 800 e 24, e depois pede a C para calcular o resultado de 800 multiplicado por 24. C calcula 19200 e informa a Alice, que então divide o resultado por 2 e novamente por 2, obtendo assim o total correto da conta de eletricidade de 4800 yuan.

Este é um exemplo simples de encriptação homomórfica de multiplicação. 800 multiplicado por 24 é na verdade um mapeamento de 400 multiplicado por 12, e as formas antes e depois da transformação são idênticas, por isso é chamado de "homomórfico". Este método permite que entidades não confiáveis realizem cálculos, enquanto protege dados sensíveis de serem revelados.

encriptação totalmente homomórfica de necessidade

No entanto, os problemas do mundo real são frequentemente mais complexos. Se C conseguir inferir os dados originais de Alice através de um método de exaustão, então será necessário um método de encriptação mais avançado, que é onde a encriptação totalmente homomórfica entra em cena.

A encriptação totalmente homomórfica permite realizar operações de adição e multiplicação em dados encriptados um número arbitrário de vezes, e não se limita apenas a um número específico de operações. Isso aumenta imensamente a dificuldade de quebra, praticamente eliminando a possibilidade de terceiros espreitarem dados privados.

Até 2009, a nova abordagem proposta por Gentry e outros acadêmicos realmente abriu a possibilidade da encriptação totalmente homomórfica. Esta tecnologia é vista como um dos santos graais no campo da encriptação.

Cenários de aplicação da encriptação totalmente homomórfica

A tecnologia FHE tem um valor potencial de aplicação em várias áreas, sendo particularmente proeminente na área da IA.

Durante o processo de treinamento de IA, a proteção da privacidade de grandes volumes de dados tem sido um problema complicado. A tecnologia FHE pode resolver bem esse problema:

1. Encriptar dados sensíveis de acordo com a FHE
2. Usar dados encriptados para cálculos de IA
3. AI produz resultados encriptados
4. O usuário descriptografa o resultado localmente

Esta abordagem protege a privacidade dos dados e aproveita ao máximo o poderoso poder de cálculo da IA, alcançando o objetivo de "ter o melhor dos dois mundos".

Os desafios da FHE na aplicação prática

Apesar das amplas perspetivas da tecnologia FHE, ela ainda enfrenta enormes desafios na aplicação prática, principalmente devido ao seu elevado custo computacional. Para resolver este problema, alguns projetos estão a tentar construir redes de poder computacional especializadas e infraestruturas de apoio.

Por exemplo, alguns projetos propuseram uma arquitetura de rede semelhante ao PoW+PoS para resolver o problema de poder computacional. Eles lançaram dispositivos de hardware dedicados à mineração, bem como ativos NFT semelhantes a certificados de trabalho. Essas tentativas visam estabelecer uma rede de poder computacional robusta, pavimentando o caminho para a aplicação em larga escala da encriptação totalmente homomórfica.

Perspectivas futuras da FHE

Se a IA puder aplicar em grande escala a tecnologia de criptografia totalmente homomórfica, isso irá avançar significativamente o desenvolvimento da IA, especialmente em termos de segurança de dados e proteção da privacidade. Desde a segurança nacional até a proteção da privacidade pessoal, a tecnologia de FHE tem um amplo potencial de aplicação.

Na era do rápido desenvolvimento da IA, a questão da privacidade dos dados tornou-se cada vez mais importante. Se a tecnologia FHE puder realmente amadurecer, sem dúvida se tornará a última linha de defesa da humanidade na proteção da privacidade na era digital. Com o contínuo avanço da tecnologia, temos razões para esperar que a FHE possa desempenhar um papel importante em mais áreas no futuro, fornecendo um forte suporte técnico para a segurança dos dados e a proteção da privacidade.