FHE, ZK и MPC: сравнение трех современных шифрования технологий

В современную цифровую эпоху безопасность данных и защита конфиденциальности становятся все более важными. Полное гомоморфное шифрование (FHE), нулевое знание (ZK) и многопартитные безопасные вычисления (MPC) как три продвинутые технологии шифрования играют важную роль в различных сценариях. Давайте подробнее рассмотрим характеристики и применения этих трех технологий.

Нулевое знание (ZK): доказательство без раскрытия

Технология нулевых знаний направлена на решение важной проблемы: как проверить истинность утверждения, не раскрывая конкретной информации. Эта технология основана на шифровании и позволяет одной стороне (доказателю) доказать другой стороне (верификатору), что она знает определенный секрет, не раскрывая никакой существенной информации о этом секрете.

Представьте себе такую ситуацию: Аліса должна доказать сотруднику компании по аренде автомобилей Бобу, что ее кредитное состояние хорошее, но она не хочет предоставлять подробные банковские выписки. В этом случае, подобно "кредитному рейтингу", предоставляемому банками или платежными системами, можно использовать его как форму доказательства с нулевым разглашением. Аліса может подтвердить, что ее кредитный рейтинг соответствует стандартам, не раскрывая конкретную финансовую информацию.

В области блокчейна анонимная шифрованная валюта Zcash использует технологию нулевых знаний. Когда пользователи осуществляют перевод, им необходимо сохранять анонимность и одновременно доказывать, что они имеют право на перевод этих монет (чтобы предотвратить проблему двойного расходования). С помощью генерации ZK-доказательства майнеры могут проверять законность транзакции и упаковывать её в блокчейн, не зная при этом личность инициатора транзакции.

Многосторонние безопасные вычисления (MPC): совместные вычисления без утечек

Технология многопартнерских безопасных вычислений в основном используется для решения следующей проблемы: как совместно выполнить вычислительную задачу при условии, что участники не раскрывают свои чувствительные данные.

Например, если Алиса, Боб и Кэрол хотят вычислить среднюю зарплату троих, но не хотят раскрывать свои конкретные данные о зарплате. Технология MPC может быть реализована следующим образом:

1. Каждый человек делит свою зарплату на три части.
2. Передайте по одной части двум другим людям.
3. Каждый суммирует полученные числа и делится этим результатом.
4. Наконец, трое людей снова складывают три результата, чтобы получить общую зарплату, а затем вычисляют среднее значение.

Таким образом, они могут узнать среднюю зарплату, но не могут определить конкретные зарплаты других.

В области шифрования криптовалют технологии MPC используются для создания более безопасных систем кошельков. Например, некоторые платформы обмена выпустили MPC-кошельки, которые разделяют приватные ключи на несколько частей, хранящихся на мобильном телефоне пользователя, в облаке и на бирже. Таким образом, даже если пользователь случайно потеряет телефон, он все равно сможет восстановить доступ другими способами.

Полное гомоморфное шифрование (FHE): внешние вычисления с зашифрованными данными

Технология полного гомоморфного шифрования решает одну ключевую проблему: как зашифровать конфиденциальные данные так, чтобы зашифрованные данные можно было передать недоверенному третьему лицу для обработки, при этом результаты вычислений все равно могли быть правильно расшифрованы владельцем исходных данных.

Представьте себе такую сцену: Алисе нужно обработать некоторые сложные данные, но ей не хватает необходимых вычислительных мощностей. Она может использовать технологию FHE для шифрования исходных данных (вводя шум), а затем передать зашифрованные данные Бобу для обработки. Хотя у Боба есть мощные вычислительные возможности, он не может узнать фактическое содержание данных. В конце концов, Алиса может расшифровать результаты обработки Боба и получить реальные вычислительные выводы.

При обработке чувствительной информации (например, медицинских записей или личных финансовых данных) в облачной вычислительной среде технология FHE особенно важна. Она обеспечивает постоянное состояние шифрования данных на протяжении всего процесса обработки, что не только защищает безопасность данных, но и соответствует требованиям законодательства о конфиденциальности.

В области блокчейна технологии FHE могут быть применены для улучшения механизмов консенсуса PoS (доказательство доли) и систем голосования. Например, некоторые проекты используют технологии FHE для предотвращения взаимного копирования результатов верификации между узлами PoS или для избежания эффекта следования за толпой в процессе голосования, тем самым повышая уровень децентрализации и подлинности системы.

Сравнение технологий

Хотя эти три технологии стремятся защитить конфиденциальность и безопасность данных, между ними существуют некоторые различия в области применения и технической сложности:

1. Сценарии применения:

   • ZK акцентирует внимание на "как доказать", подходит для сценариев, где требуется проверка прав или личности.
   • MPC акцентирует внимание на "как вычислять", подходит для сценариев, в которых нескольким сторонам необходимо совместно вычислять, но при этом необходимо защищать конфиденциальность их данных.
   • FHE сосредоточен на "как шифровать", подходит для сценариев, где необходимо выполнять сложные вычисления при сохранении данных в зашифрованном состоянии.

2. Техническая сложность:

   • ZK сталкивается с проблемами при разработке эффективных и легко реализуемых протоколов, требующих глубоких математических и программных навыков.
   • В процессе реализации MPC необходимо решить проблемы синхронизации и эффективности коммуникации, особенно в случае участия нескольких сторон.
   • FHE сталкивается с огромными проблемами вычислительной эффективности, несмотря на теоретическую привлекательность, в практическом применении по-прежнему существуют проблемы высокой вычислительной сложности и временных затрат.

Эти три технологии шифрования имеют свои особенности и играют важную роль в различных сценариях применения. С развитием и совершенствованием технологий они обеспечат более надежную защиту нашей безопасности данных и конфиденциальности.