Повністю гомоморфне шифрування: Вступ та сценарії застосування

повністю гомоморфне шифрування(FHE) є спеціальною схемою шифрування, що дозволяє виконувати обчислення над зашифрованими даними без їх розшифрування, отримуючи зашифрований результат функції, тим самим захищаючи конфіденційність даних. На відміну від статичного шифрування та шифрування при передачі, FHE може виконувати складну обробку над зашифрованими даними, що робить його придатним для сцен, пов'язаних із захистом конфіденційності в умовах багатосторонньої співпраці.

Перевага FHE полягає в тому, що його безпека базується на шифруванні алгоритмів, не залежить від апаратних пристроїв, тому не піддається впливу атак на бічні канали або атак на хмарні сервери. Хоча у FHE також є проблема загальної розширюваності, її можна обійти за допомогою обчислювальної надмірності.

FHE зазвичай містить кілька наборів ключів:

1. Ключ для розшифровки: головний ключ, призначений для розшифровки FHE зашифрованих даних, не підлягає передачі зовні.

2. Шифрувальний ключ: використовується для перетворення відкритого тексту в зашифрований, в режимі відкритого ключа зазвичай є публічним.

3. Обчислення ключа: використовується для виконання гомоморфних операцій над шифротекстом, може бути опубліковано.

FHE має кілька поширених моделей застосування:

1. Модель аутсорсингу: передача обчислювальних завдань на хмарний сервер, захист конфіденційності даних.

2. Режим обчислення двох сторін: обидві сторони спільно обчислюють, але не розкривають свої приватні дані.

3. Аггрегований режим: агрегація даних з кількох сторін для обчислення, таких як федеративне навчання та онлайн-голосування.

4. Клієнт-серверна модель: сервер надає послуги обчислення FHE для кількох клієнтів.

Основним викликом FHE є велике обчислювальне навантаження, наразі вона в основному використовується в лінійних обчислювальних сценах, таких як PIR. У майбутньому, з розвитком спеціалізованого апаратного забезпечення, FHE має потенціал для застосування у більшій кількості сфер.