Enkripsi Homomorphic Penuh: Pengenalan Konsep dan Skenario Aplikasi

Teknologi enkripsi biasanya digunakan untuk melindungi data statis dan keamanan data dalam transmisi. Enkripsi statis menyimpan data yang telah dienkripsi, hanya pihak yang berwenang yang dapat mengakses teks yang didekripsi. Enkripsi transmisi memastikan bahwa data yang ditransmisikan melalui jaringan hanya dapat diinterpretasikan oleh penerima yang ditunjuk, bahkan jika disadap, tidak dapat dipecahkan. Kedua skenario ini bergantung pada algoritma enkripsi, sekaligus perlu memastikan integritas data, untuk mencegah pemalsuan.

Untuk beberapa skenario kolaborasi multipihak, diperlukan pemrosesan kompleks terhadap ciphertext, yang melibatkan teknologi perlindungan privasi, Enkripsi Homomorphic ( FHE ) adalah salah satunya. Misalnya, dalam pemungutan suara online, pemilih mengenkripsi hasil suara mereka sebelum mengirimkannya kepada pihak ketiga, yang kemudian mengumpulkan semua ciphertext untuk menghitung hasil akhir dan mempublikasikannya, tetapi tidak dapat melihat konten suara individu.

Skema enkripsi tradisional sulit untuk mencapai tujuan ini, karena statistik perlu mendekripsi semua data untuk menghitung suara, yang akan mengekspos hasil suara pribadi. Dinding isolasi perangkat keras seperti TEE dapat memberikan perlindungan tertentu, tetapi mungkin ada celah yang menyebabkan kebocoran kunci.

FHE memungkinkan perhitungan fungsi langsung pada ciphertext, tanpa perlu mendekripsi untuk mendapatkan hasil perhitungan yang terenkripsi, sehingga melindungi privasi. FHE adalah skema enkripsi kompak, ukuran ciphertext hasil keluaran dan kompleksitas dekripsi hanya bergantung pada input asli, tidak tergantung pada proses perhitungan. FHE biasanya dianggap sebagai alternatif untuk lingkungan aman seperti TEE, keamanannya didasarkan pada algoritma kriptografi dan bukan pada perangkat keras.

Sistem FHE biasanya terdiri dari beberapa jenis kunci:

• Kunci dekripsi: Kunci utama, digunakan untuk mendekripsi ciphertext FHE, biasanya hanya disimpan oleh pemegang.
• Kunci enkripsi: digunakan untuk mengubah teks biasa menjadi teks terenkripsi, dipublikasikan dalam mode kunci publik.
• Kunci perhitungan: digunakan untuk melakukan operasi homomorfik pada ciphertext, dapat dipublikasikan tetapi tidak dapat digunakan untuk dekripsi.

FHE memiliki beberapa pola aplikasi umum:

1. Model outsourcing: menyerahkan tugas komputasi ke cloud, tetapi melindungi privasi data input.

2. Mode Perhitungan Dua Pihak: Kedua belah pihak menyumbangkan data pribadi untuk perhitungan, tetapi tidak mengungkapkan privasi satu sama lain.

3. Mode agregasi: agregasi data multi-pihak, diterapkan dalam pembelajaran federasi, pemungutan suara online, dll.

4. Mode Klien-Server: Server menyediakan layanan perhitungan model AI pribadi untuk beberapa klien.

FHE dapat memastikan keakuratan hasil perhitungan dengan memperkenalkan redundansi, tanda tangan digital, dan metode verifikasi lainnya. Manajemen tersebar kunci dekripsi dapat mencegah hasil antara didekripsi. FHE mencakup enkripsi homomorphic parsial, homomorphic bertingkat, dan enkripsi homomorphic sepenuhnya, di mana enkripsi homomorphic sepenuhnya adalah yang paling kuat, tetapi memerlukan pelaksanaan operasi bootstrap yang mahal secara berkala untuk mengendalikan kebisingan.