Mã hóa đồng cấu hoàn toàn: Giới thiệu và ứng dụng

Mã hóa đồng cấu hoàn toàn(FHE) là một giải pháp mã hóa đặc biệt, cho phép thực hiện tính toán trực tiếp trên văn bản đã mã hóa mà không cần giải mã, để nhận được kết quả mã hóa của hàm đầu ra, từ đó bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu. Khác với mã hóa tĩnh và mã hóa truyền tải, FHE có thể thực hiện các xử lý phức tạp trên văn bản đã mã hóa, phù hợp với các tình huống bảo vệ quyền riêng tư trong hợp tác đa bên.

Lợi ích của FHE nằm ở chỗ tính bảo mật của nó dựa trên các thuật toán mã hóa, không phụ thuộc vào thiết bị phần cứng, do đó không bị ảnh hưởng bởi các cuộc tấn công kênh bên hoặc các cuộc tấn công vào máy chủ đám mây. Mặc dù FHE cũng tồn tại vấn đề về khả năng mở rộng chung, nhưng có thể tránh được thông qua tính dư thừa trong tính toán.

FHE thường bao gồm một số bộ khóa:

1. Khóa giải mã: Khóa chính, dùng để giải mã văn bản mã hóa FHE, không được truyền ra ngoài.

2. Mã hóa khóa: dùng để chuyển đổi văn bản rõ thành văn bản mã, trong chế độ khóa công khai thường là công khai.

3. Tính toán khóa: được sử dụng để thực hiện phép toán đồng cấu trên văn bản đã mã hóa, có thể được công bố.

FHE có một số mô hình ứng dụng phổ biến:

1. Mô hình thuê ngoài: Giao nhiệm vụ tính toán cho máy chủ đám mây, bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu.

2. Chế độ tính toán hai bên: Cả hai bên cùng tính toán nhưng không tiết lộ dữ liệu riêng tư của mình.

3. Chế độ tổng hợp: Tổng hợp dữ liệu từ nhiều bên để tính toán, chẳng hạn như học liên bang và bỏ phiếu trực tuyến.

4. Mô hình máy khách - máy chủ: Máy chủ cung cấp dịch vụ tính toán FHE cho nhiều máy khách.

Thách thức chính của FHE là chi phí tính toán lớn, hiện tại chủ yếu được sử dụng trong các tình huống tính toán tuyến tính như PIR. Trong tương lai, với sự phát triển của phần cứng chuyên dụng, FHE hy vọng sẽ được áp dụng trong nhiều lĩnh vực hơn.