FHE, ZK та MPC: порівняння трьох передових шифрувальних технологій

У сучасну цифрову еру безпека даних і захист конфіденційності стикаються з безпрецедентними викликами. Щоб впоратися з цими викликами, криптографи розробили різноманітні передові технології шифрування, серед яких особливо виділяються повна гомоморфна криптографія (FHE), нульові знання (ZK) та безпечні обчислення в багатосторонньому середовищі (MPC). Хоча ці три технології всі спрямовані на захист конфіденційності та безпеки даних, між ними існують суттєві відмінності в конкретних сценаріях застосування та складності технологій.

Нульові знання (ZK): доведення без розкриття

Основне питання, що стосується технології нульових знань, полягає в тому, як перевірити достовірність інформації, не розкриваючи жодних конкретних деталей. ZK базується на міцному криптографічному фундаменті, що дозволяє одній стороні (доказнику) доводити іншій стороні (перевіряючому) достовірність певного твердження, не розкриваючи жодної інформації, окрім достовірності цього твердження.

Наприклад, припустимо, що особа повинна довести автомобільній компанії, що має гарну кредитну історію, але не хоче надавати детальні банківські виписки. У цьому випадку "кредитний бал", наданий банком або платіжним додатком, може розглядатися як форма нульового знання. Клієнт може довести, що його кредитний рейтинг відповідає вимогам, не розкриваючи конкретну фінансову інформацію.

У сфері шифрування ZK технологія застосовується особливо широко. Наприклад, у випадку з певною анонімною монетою, коли користувачі здійснюють транзакції, їм потрібно довести, що вони мають достатню кількість монет для переказу, зберігаючи при цьому анонімність. Завдяки генерації ZK доказів, користувачі можуть довести мережі дійсність транзакції, не розкриваючи свою особистість або конкретну інформацію про рахунок.

Багатосторонні обчислення (MPC): безпечні співпраці в обчисленнях

Технологія безпечних обчислень для кількох сторін переважно вирішує питання: як дозволити кільком учасникам спільно виконувати обчислювальні завдання без розкриття чутливої інформації кожної зі сторін. MPC дозволяє кільком сторонам безпечно виконувати спільні обчислення без розкриття своїх вхідних даних.

Типовим випадком використання MPC є обчислення середньої заробітної плати багатьох людей без розкриття конкретних зарплат кожного. Учасники можуть розділити свої дані про зарплату і обмінятися частиною інформації з іншими. Завдяки певному обчислювальному процесу, врешті-решт отримують середнє значення, але жодна зі сторін не може дізнатися точну зарплату інших.

У сфері шифрування валюти технологія MPC широко використовується для забезпечення безпеки гаманців. Деякі платформами торгівлі запроваджені гаманці MPC використовують цю технологію, розділяючи приватні ключі та зберігаючи їх у розподіленому вигляді, що підвищує безпеку та спрощує процес управління ключами для користувачів. Цей метод дозволяє навіть якщо користувач втрачає частину інформації, все ще відновити доступ до гаманця через інші канали.

Повна гомоморфна шифрування (FHE): безпечні обчислення з зашифрованими даними

Основною проблемою, яку вирішує технологія повної гомоморфної шифрування, є: як дозволити виконувати складні обчислювальні операції над даними, зберігаючи їх у зашифрованому стані. FHE дозволяє користувачам передавати зашифровані чутливі дані ненадійним третім сторонам для обробки, при цьому треті сторони не можуть дізнатися фактичний вміст даних протягом усього процесу.

У реальних застосуваннях FHE дозволяє власникам даних передавати зашифровані дані постачальнику хмарних послуг для обробки. Постачальник послуг може виконувати різні обчислювальні операції з зашифрованими даними, але не може бачити оригінальні дані. Врешті-решт, власник даних може розшифрувати результати обчислень, отримуючи необхідну інформацію.

У сфері блокчейну та шифрування криптовалют технологія FHE досліджує нові напрямки застосування. Наприклад, деякі проекти використовують FHE для вирішення проблем верифікації в системах підтвердження частки (PoS). Завдяки FHE, верифікаційні вузли можуть завершувати роботу з верифікації блоків, не знаючи конкретних відповідей один одного, що запобігає плагіату між вузлами та підвищує рівень децентралізації системи.

Крім того, FHE також може бути застосоване в системах голосування, забезпечуючи участь виборців у прийнятті рішень без знання намірів голосування інших, уникнення голосування за натхненням та кращого відображення справжньої громадської думки.

Технічне порівняння

Хоча ці три технології всі спрямовані на захист конфіденційності та безпеки даних, між ними існують помітні відмінності в конкретних сценаріях застосування та технічній складності:

1. Сценарії застосування:

   • ZK зосереджується на доведенні істинності певного твердження, не розкриваючи додаткову інформацію.
   • MPC зосереджується на безпечному спільному обчисленні з кількома сторонами, захищаючи конфіденційність даних усіх сторін.
   • FHE дозволяє виконувати складні обчислення над даними в стані шифрування, що підходить для таких сфер, як хмарні обчислення та ШІ.

2. Технічна складність:

   • Реалізація ZK вимагає глибоких математичних і програмних навичок, проектування ефективних і легких у впровадженні протоколів є досить складним.
   • MPC стикається з проблемами синхронізації та комунікаційної ефективності в умовах участі кількох сторін, що може призвести до високих витрат на координацію.
   • Хоча FHE теоретично дуже привабливий, в реальних застосуваннях він стикається з величезними викликами в обчислювальній ефективності.

Ці три види шифрування представляють собою важливі досягнення сучасної криптографії, надаючи потужні інструменти для забезпечення безпеки даних та захисту приватності. З розвитком і оптимізацією технологій вони відіграватим дедалі важливішу роль у майбутньому цифровому світі, забезпечуючи користувачам більш безпечне та приватне середовище для обробки даних.