FHE, ZK и MPC: Сравнение трех передовых шифрования технологий

В современную цифровую эпоху безопасность данных и защита конфиденциальности сталкиваются с беспрецедентными вызовами. Чтобы справиться с этими вызовами, криптографы разработали множество современных технологий шифрования, среди которых особенно выделяются полное гомоморфное шифрование (FHE), нулевые доказательства (ZK) и безопасные многосторонние вычисления (MPC). Хотя эти три технологии направлены на защиту конфиденциальности и безопасности данных, они существенно различаются по конкретным сценариям применения и технологической сложности.

Нулевое знание (ZK): доказательство без раскрытия

Основной проблемой обсуждения технологии нулевых знаний является: как подтвердить подлинность информации, не раскрывая никаких конкретных деталей. ZK основан на прочной криптографической основе и позволяет одной стороне (доказателю) доказать другой стороне (проверяющему) истинность определенного утверждения, не раскрывая никакой информации, кроме истинности этого утверждения.

Например, предположим, что человек должен доказать арендной компании, что у него хорошая кредитная история, но не хочет предоставлять подробные банковские выписки. В этом случае "кредитный балл", предоставляемый банком или платежным программным обеспечением, можно рассматривать как вид нулевого раскрытия информации. Клиент может доказать, что его кредитный рейтинг соответствует требованиям, не раскрывая конкретную финансовую информацию.

В области блокчейна применение технологий ZK особенно широко. Например, в случае с одной анонимной монетой, когда пользователи совершают транзакции, им необходимо одновременно сохранять анонимность и доказывать, что у них достаточно монет для перевода. С помощью генерации ZK доказательства пользователи могут подтвердить действительность транзакции в сети, не раскрывая свою личность или конкретную информацию о счете.

Многопартийные безопасные вычисления (MPC): безопасные совместные вычисления

Технология многопартитного безопасного вычисления (MPC) в первую очередь решает проблему: как позволить нескольким участникам совместно выполнять вычислительные задачи, не раскрывая при этом конфиденциальную информацию каждой из сторон. MPC позволяет многим сторонам безопасно выполнять совместные вычисления, не раскрывая свои входные данные.

Типичный сценарий применения MPC заключается в вычислении средней зарплаты нескольких человек без раскрытия конкретной зарплаты каждого. Участники могут разделить свои данные о зарплате и обмениваться частью информации с другими. Через определенный процесс вычислений в конечном итоге получается среднее значение, но ни одна из сторон не может узнать точную зарплату других.

В области шифрования криптовалюты технологии MPC широко применяются для обеспечения безопасности кошельков. Некоторые торговые платформы внедрили кошельки MPC, которые используют эту технологию для разделения и распределенного хранения приватных ключей, что повышает безопасность и упрощает процесс управления ключами для пользователей. Этот метод позволяет даже в случае потери части информации восстановить доступ к кошельку через другие каналы.

Полностью однородное шифрование (FHE): безопасные вычисления с зашифрованными данными

Ключевая проблема, которую решает технология полного гомоморфного шифрования (FHE), заключается в том, как разрешить выполнение сложных вычислительных операций с данными, оставаясь при этом в зашифрованном состоянии. FHE позволяет пользователям передавать зашифрованные чувствительные данные ненадежным третьим сторонам для обработки, при этом третьи стороны не могут узнать фактическое содержание данных в течение всего процесса.

В реальных приложениях FHE позволяет владельцам данных передавать зашифрованные данные облачному провайдеру для обработки. Провайдер услуг может выполнять различные вычислительные операции с зашифрованными данными, но не может видеть исходные данные. В конечном итоге владельцы данных могут расшифровать результаты вычислений и получить необходимую информацию.

В области блокчейна и шифрования криптовалюты технологии FHE исследуются для новых направлений применения. Например, некоторые проекты используют FHE для решения проблем верификации в системах с доказательством доли (PoS). С помощью FHE узлы верификации могут завершать работу по верификации блоков, не зная конкретных ответов друг друга, что предотвращает плагиат между узлами и повышает степень децентрализации системы.

Кроме того, FHE также можно применять в системах голосования, чтобы обеспечить участие избирателей в принятии решений, не зная намерений голосования других, избегая голосования по следам других и лучше отражая истинное мнение народа.

Сравнение технологий

Несмотря на то что эти три технологии предназначены для защиты конфиденциальности и безопасности данных, они имеют очевидные различия в конкретных областях применения и технической сложности:

1. Применение:

   • ZK сосредоточен на доказательстве истинности какого-либо утверждения, не раскрывая дополнительной информации.
   • MPC акцентирует внимание на безопасном совместном вычислении между несколькими сторонами, защищая конфиденциальность данных всех участников.
   • FHE позволяет выполнять сложные вычисления с данными в состоянии шифрования, что подходит для таких областей, как облачные вычисления и ИИ.

2. Техническая сложность:

   • Реализация ZK требует глубоких математических и программных навыков, проектирование эффективных и простых в реализации протоколов является довольно сложной задачей.
   • MPC сталкивается с проблемами синхронизации и эффективности коммуникации в условиях участия нескольких сторон, координационные затраты могут быть высокими.
   • Хотя FHE теоретически весьма привлекателен, на практике он сталкивается с огромными вызовами в области вычислительной эффективности.

Эти три технологии шифрования представляют собой важные достижения современной криптографии, предоставляя мощные инструменты для обеспечения безопасности данных и защиты конфиденциальности. С постоянным развитием и оптимизацией технологий они будут играть все более важную роль в будущем цифровом мире, обеспечивая пользователям более безопасную и более конфиденциальную среду для обработки данных.