FHE: Con đường tương lai của tính toán mã hóa

Toàn đồng mã hóa ( FHE ) là một công nghệ mật mã tiên tiến, cho phép thực hiện tính toán trực tiếp trên dữ liệu mã hóa, từ đó thực hiện xử lý dữ liệu trong khi bảo vệ quyền riêng tư. FHE có tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như tài chính, y tế, điện toán đám mây, nhưng hiện tại việc thương mại hóa vẫn cần thời gian, chủ yếu bị hạn chế bởi chi phí tính toán và bộ nhớ khổng lồ.

Nguyên lý cơ bản của FHE

Cốt lõi của FHE là ẩn thông tin gốc thông qua đa thức. Chẳng hạn, để mã hóa số 2, có thể:

1. Chọn một đa thức khóa s(x)
2. Tạo một đa thức ngẫu nhiên a(x)
3. Tạo một đa thức "nhiễu" nhỏ e(x)
4. Mã hóa kết quả c(x) = 2 + a(x)*s(x) + e(x)

Việc đưa vào tiếng ồn nhằm ngăn chặn việc suy đoán khóa qua nhiều lần nhập liệu. Nhưng tiếng ồn cũng mang lại vấn đề - việc tính toán nhiều lần sẽ dẫn đến sự tích lũy tiếng ồn, cuối cùng khiến kết quả không thể giải mã chính xác. Để giải quyết vấn đề này, FHE đã áp dụng một số kỹ thuật:

• Chuyển đổi khóa: Nén kích thước văn bản mã hóa
• Chuyển đổi mô đun: Giảm ngân sách tiếng ồn
• Tự khởi động: Đặt lại tiếng ồn về mức ban đầu

Hiện tại, các phương án FHE chủ yếu đều áp dụng công nghệ tự khởi động, nhưng chi phí tính toán rất lớn. Một phép giải mã AES-128 thông thường có thể cần tài nguyên gấp 5 tỷ lần so với tính toán thông thường trong FHE.

Những thách thức mà FHE phải đối mặt

DARPA đã khởi động chương trình DPRIVE vào năm 2021, nhằm nâng cao tốc độ tính toán FHE lên 1/10 so với tính toán thông thường. Chương trình chủ yếu tập trung vào các khía cạnh sau:

1. Tăng kích thước từ xử lý lên 1024 bit hoặc cao hơn
2. Phát triển bộ xử lý ASIC chuyên dụng
3. Xây dựng kiến trúc song song MIMD

Mặc dù vậy, kế hoạch DPRIVE vẫn chưa đạt được mục tiêu mong đợi. Việc triển khai công nghệ FHE vẫn gặp nhiều thách thức lớn, đặc biệt là về phần cứng.

Ứng dụng của FHE trong blockchain

Trong lĩnh vực blockchain, FHE có thể được sử dụng để bảo vệ quyền riêng tư trên chuỗi, quyền riêng tư của dữ liệu huấn luyện AI, quyền riêng tư của bỏ phiếu trên chuỗi, v.v. Một số dự án cũng coi FHE là giải pháp tiềm năng để giải quyết vấn đề MEV. Tuy nhiên, việc mã hóa hoàn toàn giao dịch cũng có thể làm mất đi những tác động tích cực mà MEV mang lại, đồng thời tăng đáng kể yêu cầu vận hành của nút.

Các dự án FHE chính

Hiện tại, các dự án FHE chính bao gồm:

• Zama: Dựa trên giải pháp TFHE, cung cấp một ngăn xếp phát triển hoàn chỉnh
• Fhenix: Xây dựng Optimism Layer 2 ưu tiên quyền riêng tư
• Privasea: Chuyên tập trung vào tính toán dữ liệu LLM
• Inco Network: Xây dựng FHE Layer 1
• Arcium: Kết hợp công nghệ FHE, MPC và ZK
• Mind Network: kết hợp mô hình Restaking

Octra đã áp dụng công nghệ FHE đổi mới dựa trên hypergraphs và xây dựng ngôn ngữ hợp đồng thông minh mới cùng với cơ chế đồng thuận ML-consensus.

Triển vọng

Công nghệ FHE vẫn đang ở giai đoạn đầu, sự phát triển của nó chậm hơn so với công nghệ ZK. Các yếu tố hạn chế chính bao gồm chi phí cao, độ khó kỹ thuật lớn, và triển vọng thương mại không rõ ràng. Với sự đổ vào của nhiều vốn và sự quan tâm, dự kiến sẽ có nhiều dự án FHE xuất hiện hơn. Việc triển khai chip FHE sẽ là chìa khóa cho sự thương mại hóa của công nghệ này.

Mặc dù phải đối mặt với nhiều thách thức, nhưng FHE như một công nghệ có triển vọng rộng lớn, hứa hẹn sẽ mang lại những biến đổi sâu sắc trong các lĩnh vực quốc phòng, tài chính, y tế. Cùng với sự tiến bộ của công nghệ và sự mở rộng của các tình huống ứng dụng, FHE cuối cùng sẽ đến thời điểm bùng nổ.