Полностью гомоморфное шифрование: Введение и области применения

полностью гомоморфное шифрование(FHE) является специальной схемой шифрования, которая позволяет выполнять вычисления непосредственно над зашифрованными данными без их расшифровки, получая зашифрованный результат функции, тем самым защищая конфиденциальность данных. В отличие от статического шифрования и шифрования при передаче, FHE может выполнять сложные обработки над зашифрованными данными, что делает его подходящим для сценариев защиты конфиденциальности в условиях совместной работы нескольких сторон.

Преимущества FHE заключаются в том, что его безопасность основана на криптографических алгоритмах и не зависит от аппаратных средств, поэтому он не подвержен атакам по каналу побочных данных или атакам на облачные серверы. Хотя у FHE также есть проблемы с универсальной расширяемостью, их можно избежать с помощью вычислительной избыточности.

FHE обычно включает несколько наборов ключей:

1. Ключ расшифровки: основной ключ, используемый для расшифровки зашифрованных данных FHE, не передается вовне.

2. Шифровальный ключ: используется для преобразования открытого текста в зашифрованный текст, в режиме открытого ключа обычно является общим.

3. Вычисление ключа: используется для выполнения гомоморфных операций над шифротекстом, может быть опубликован.

Существует несколько распространенных моделей применения FHE:

1. Модель аутсорсинга: передача вычислительных задач облачному серверу для защиты конфиденциальности данных.

2. Модель вычислений для двух сторон: обе стороны совместно вычисляют, но не раскрывают свои приватные данные.

3. Агрессивный режим: агрегирование данных от нескольких сторон для вычислений, таких как федеративное обучение и онлайн-голосование.

4. Клиент-серверная модель: сервер предоставляет услуги вычисления с использованием полностью гомоморфного шифрования для нескольких клиентов.

Основная проблема FHE заключается в высокой вычислительной стоимости, в настоящее время он в основном используется в линейных вычислительных сценариях, таких как PIR. В будущем, с развитием специализированного оборудования, FHE, вероятно, будет применяться в большем количестве областей.