FHE: Teknologi Kunci untuk Komputasi Privasi di Masa Depan

FHE (Fully Homomorphic Encryption) adalah teknologi enkripsi canggih yang memungkinkan perhitungan langsung pada data terenkripsi, sehingga dapat memproses data sambil melindungi privasi. FHE memiliki berbagai potensi aplikasi, terutama dalam bidang pemrosesan dan analisis data yang memerlukan perlindungan privasi, seperti keuangan, kesehatan, komputasi awan, pembelajaran mesin, sistem pemungutan suara, Internet of Things, perlindungan privasi blockchain, dan sebagainya. Namun, komersialisasinya masih memerlukan waktu, tantangan utama terletak pada besar penghitungan dan penggunaan memori yang dihasilkan oleh algoritma, serta skalabilitas yang kurang baik.

Prinsip Dasar FHE

Inti dari FHE adalah menggunakan polinomial untuk menyembunyikan informasi asli. Proses enkripsi FHE yang disederhanakan adalah sebagai berikut:

1. Pilih polinomial kunci s(x)
2. Menghasilkan polinomial acak a(x)
3. Menghasilkan polinomial "kesalahan" kecil e(x)
4. Teks terenkripsi m: c(x) = m + a(x)*s(x) + e(x)

Saat mendekripsi, cukup mengetahui s(x), maka m dapat dipulihkan dari c(x). Memperkenalkan kebetulan dan kesalahan dapat meningkatkan keamanan.

Untuk mendukung komputasi pada data terenkripsi, FHE mengubah operasi menjadi "sirkuit". Namun, setiap operasi akan menambah kebisingan, dan ketika kebisingan terlalu besar, dekripsi tidak dapat dilakukan dengan benar. Untuk mengatasi masalah ini, FHE menggunakan teknologi kunci berikut:

• Pergantian kunci: Mengompresi ukuran ciphertext
• Modulus switching: mengontrol pertumbuhan noise
• Bootstrap: Mengatur ulang kebisingan ke tingkat awal

Saat ini, sebagian besar solusi FHE yang mainstream menggunakan teknologi Bootstrap, tetapi biaya komputasinya masih sangat besar.

Tantangan yang Dihadapi FHE

Tantangan utama FHE terletak pada biaya komputasi yang sangat besar. Dibandingkan dengan komputasi biasa, kecepatan komputasi FHE sekitar 1 juta kali lebih lambat. Untuk meningkatkan kinerja FHE, Badan Proyek Penelitian Pertahanan Lanjutan AS (DARPA) meluncurkan program Dprive pada tahun 2021, dengan tujuan untuk meningkatkan kecepatan komputasi FHE menjadi 1/10 dari komputasi biasa. Program ini terutama berfokus pada aspek-aspek berikut:

1. Memperbesar panjang kata prosesor
2. Mengembangkan prosesor ASIC khusus
3. Membangun arsitektur paralel MIMD

Meskipun kemajuan lambat, namun dalam jangka panjang, teknologi FHE tetap memiliki arti penting untuk melindungi data sensitif, terutama di bidang militer, medis, dan keuangan.

Aplikasi FHE dalam Blockchain

Dalam bidang blockchain, FHE terutama digunakan untuk melindungi privasi data, dengan arah aplikasi sebagai berikut:

• Privasi di atas rantai
• Privasi data pelatihan AI
• Privasi voting di blockchain
• Pemeriksaan transaksi privasi di blockchain
• Solusi Potensial untuk Masalah MEV

Namun, FHE juga menghadapi tantangan seperti peningkatan persyaratan operasional node yang signifikan dan penurunan throughput jaringan.

Proyek FHE Utama

Proyek FHE utama saat ini meliputi:

• Zama: menyediakan tumpukan pengembangan berbasis TFHE
• Fhenix: Membangun Layer 2 yang mengutamakan privasi
• Privasea: untuk operasi data LLM
• Inco Network: Membangun FHE Layer 1
• Arcium: Penggabungan berbagai teknologi kriptografi
• Jaringan Pikiran: Jalur Restaking

Di antara mereka, Zama adalah penyedia teknologi FHE yang digunakan oleh sebagian besar proyek.

Masa Depan

Teknologi FHE masih berada di tahap awal, berkembang lebih lambat dibandingkan teknologi ZK. Namun, dengan meningkatnya perhatian modal dan pengembangan chip khusus FHE, FHE diharapkan dapat membawa perubahan mendalam di bidang pertahanan, keuangan, dan kesehatan. Peluncuran chip FHE akan menjadi prasyarat penting untuk komersialisasinya.

Meskipun menghadapi berbagai tantangan teknis, sebagai teknologi terdepan dengan permintaan yang jelas, FHE masih memiliki potensi besar di masa depan. Ini diharapkan dapat melepaskan potensi besar dari kombinasi data privasi dengan algoritma kuantum dan teknologi baru lainnya, serta mencapai perkembangan yang eksplosif.