FHE, ZK та MPC: порівняння трьох передових шифрувальних технологій

У сучасну цифрову епоху безпека даних і захист конфіденційності стають дедалі важливішими. Повна гомоморфна шифрування (FHE), нульові знання (ZK) та багатостороння безпечна обчислювальна (MPC) як три просунуті технології шифрування, кожна з яких відіграє ключову роль у різних сценаріях. У цій статті детально порівнюються характеристики та застосування цих трьох технологій.

Нульове знання (ZK)

Технологія нульових знань має на меті вирішення проблеми перевірки достовірності інформації без розкриття конкретного змісту. Вона заснована на шифруванні і дозволяє одній стороні доводити іншій стороні існування певної таємниці, не розкриваючи жодної інформації про саму таємницю.

Наприклад, припустимо, що Алісі потрібно довести компанії з оренди автомобілів, що її кредитна історія хороша, але вона не хоче надавати детальні банківські виписки. У цьому випадку "кредитний бал", наданий банком або платіжним програмним забезпеченням, може бути використаний як форма нульового знання. Аліса може довести, що її кредитний рейтинг відповідає вимогам, не показуючи конкретну інформацію про рахунок.

У сфері блокчейну застосування технології ZK можна проілюструвати на прикладі певної анонімної монети. Коли користувачі здійснюють переказ, їм потрібно довести, що вони мають достатній обсяг монет, зберігаючи при цьому анонімність. Генеруючи ZK-доказ, майнери можуть перевіряти законність транзакції та заносити її в блокчейн, не знаючи особи трейдера.

Багатосторонні безпечні обчислення (MPC)

Технологія безпечних обчислень для кількох сторін зосереджується на тому, як дозволити кільком учасникам спільно виконувати обчислювальні завдання без розкриття конфіденційної інформації. Ця технологія дозволяє кільком учасникам співпрацювати у обчисленнях, не розкриваючи жодному з них своїх вхідних даних.

Наприклад, якщо троє людей хочуть обчислити свою середню заробітну плату, але не бажають розкривати конкретні суми своїх зарплат. Вони можуть розділити свої зарплати на три частини і обмінятися двома частинами з іншими двома. Кожен додає отримані числа, а потім ділиться результатом. Нарешті, троє людей підсумовують ці три результати, щоб отримати середнє значення, але не можуть визначити точну зарплату інших, крім власної.

У сфері шифрування валюти деякі торгові платформи впровадили гаманці MPC, які використовують цю технологію. Користувачам більше не потрібно запам'ятовувати 12 мнемонічних слів, натомість вони використовують подібний до 2/2 багатопідпису підхід, розподіляючи приватний ключ між мобільним телефоном користувача, хмарою та торговою платформою. Навіть якщо користувач втратить телефон, він все ще може відновити приватний ключ через інші дві частини.

Повна гомоморфна шифрування (FHE)

Технологія повного гомоморфного шифрування вирішує проблему шифрування чутливих даних, щоб їх можна було передати ненадійним третім сторонам для допоміжних обчислень, забезпечуючи при цьому правильне розшифрування результатів.

Уявіть собі ситуацію, коли Аліса повинна покладатися на потужні обчислювальні можливості Боба, але не хоче розкривати вихідні дані. Вона може додати шум до даних (через багаторазове додавання/множення шифрування), а потім дозволити Бобу обробляти зашифровані дані. Нарешті, Аліса сама розшифровує та отримує реальний результат, тоді як Боб нічого не знає про зміст.

FHE є особливо важливим при обробці чутливих даних у середовищі хмарних обчислень. Наприклад, при обробці медичних записів або особистої фінансової інформації FHE дозволяє даним залишатися зашифрованими протягом усього процесу обробки, що забезпечує безпеку даних та відповідає вимогам законодавства про конфіденційність.

У сфері блокчейну технологія FHE може бути застосована для покращення процесу верифікації в малих PoS-мережах. Дозволяючи вузлам завершувати верифікацію блоків, не знаючи відповідей один одного, можна запобігти плагіату між вузлами та підвищити рівень децентралізації мережі. Аналогічно, у системах голосування FHE може запобігти сліпому голосуванню, точніше відображаючи справжню думку громадськості.

Порівняння трьох технологій

Хоча ZK, MPC та FHE всі прагнуть захистити конфіденційність і безпеку даних, між ними існують різниці в застосуванні та технологічній складності:

1. Сценарії застосування:

   • ZK підкреслює "як довести", що підходить для сцен, що верифікують дозволи або особу.
   • MPC підкреслює "як обчислити", що підходить для випадків, коли кілька сторін повинні співпрацювати в обчисленнях, але при цьому мають захистити конфіденційність своїх даних.
   • FHE підкреслює "як шифрувати", підходить для випадків, коли потрібно виконувати складні обчислення, зберігаючи дані в зашифрованому стані.

2. Технічна складність:

   • Реалізація ефективного та зручного протоколу ZK може бути дуже складною, вимагати глибоких математичних і програмних навичок.
   • MPC потрібно вирішити проблеми синхронізації та комунікаційної ефективності, особливо в умовах участі кількох сторін.
   • FHE стикається з величезними викликами в обчислювальній ефективності, хоча теоретично це дуже привабливо, проте висока обчислювальна складність і витрати часу на практиці залишаються основними перешкодами.

Ці три види шифрування мають свої особливості і виконують важливу роль у різних сценаріях використання. З розвитком технологій вони забезпечать більш надійний захист нашої безпеки даних та конфіденційності.