tamamen homomorfik şifreleme FHE: Tanıtım ve Uygulama Senaryoları

"şifreleme" terimi genellikle statik şifreleme ve iletimde şifreleme ile ilişkilendirilir. Statik şifreleme, verilerin şifrelenip bir donanım cihazında veya bulut sunucusunda depolanmasıdır; yalnızca yetkili kişiler şifre çözülmüş içeriği görebilir. İletimde şifreleme ise internet üzerinden iletilen verilerin yalnızca belirli alıcı tarafından yorumlanmasını sağlar; veriler kamu yönlendiricileri veya kanallarından geçse bile, aracı kişiler şifreyi çözememektedir.

Bu iki senaryo da şifreleme algoritmalarına dayanmakta ve ayrıca veri bütünlüğünü sağlamaktadır. "Kimlik doğrulama şifrelemesi" yalnızca izinsiz şifre çözmeyi ( gizliliğini ) önlemekle kalmaz, aynı zamanda bir saldırganın şifreli metni ( değiştirmesini de önler, böylece ) bütünlüğü/gerçekliği ( sağlar.

Bazı çok taraflı iş birliği senaryoları, şifreli verilerin karmaşık işlenmesini gerektirir; bu, gizlilik koruma teknolojisi alanına aittir. tamamen homomorfik şifreleme ) FHE ( bunlardan biridir. Çevrimiçi oylama örneğinde olduğu gibi: seçmenler şifrelenmiş oy sonuçlarını aracı bir birime gönderir, bu birim tüm sonuçları toplar, her adayın aldığı oy sayısını hesaplar ve nihayetinde sadece son sonucu açıklar.

Geleneksel "kimlik doğrulama şifreleme" şemalarında, istatistiklerden sorumlu aracı, tüm oy verilerini çözmek zorundadır ki bu da kişisel oy sonuçlarını açığa çıkarır. Kağıt oy pusulalarından farklı olarak, geleneksel kriptografi mekanizmaları, veri bütünlüğünü sağlarken şifreli oy pusulalarını seçmen kimliğinden ayırmakta zorluk yaşar.

Bir çözüm, oylama aracısının etrafına güvenilir yürütme ortamı ) TEE ( gibi donanım yalıtım duvarları eklemektir. Ancak donanım açıkları, şifreleme anahtarlarının sızmasına neden olabilir ve onarılması zor olabilir.

Tamamen homomorfik şifreleme)FHE( teknolojisi bu tür senaryolarla başa çıkabilir. FHE, şifrelenmiş veriler üzerinde doğrudan fonksiyon hesaplamalarına izin verir, şifre çözmeden şifreli hesaplama sonuçlarını elde etmenizi sağlar ve böylece gizliliği korur.

FHE'de, fonksiyon 𝑓'nin matematiksel yapısı açıktır, bu nedenle giriş şifreli 𝑥'in çıkış sonucu 𝑓)𝑥('in işleme süreci bulutta gizliliği ifşa etmeden gerçekleştirilebilir. Dikkat edilmesi gereken nokta, 𝑥 ve 𝑓)𝑥('in her ikisinin de şifreli olması ve genellikle aynı çözme anahtarı kullanılarak çözülmesi gerektiğidir.

FHE, kompakt bir şifreleme şemasidir. Çıktı sonucu 𝑓)𝑥('ın şifreli boyutu ve deşifre iş yükü yalnızca giriş verisi 𝑥'in orijinal açık metnine bağlıdır, hesaplama sürecine bağlı değildir. Bu, 𝑥'i ve fonksiyon 𝑓'in kaynak kodunu birleştiren ve alıcının 𝑥'i kendisinin deşifre edip 𝑓'i hesaplamasını sağlayan, kompakt olmayan şifreleme sistemlerinden farklıdır.

![Homomorfik Şifreleme FHE Çalışma Modları ve Uygulama Senaryolarını Anlamak])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d0ef065f73a9fd408039cbfcc3ca7138.webp(

Pratikte, FHE dış kaynak kullanımı modeli genellikle TEE gibi güvenli yürütme ortamlarının alternatif bir çözümü olarak görülmektedir. FHE güvenliği, şifreleme algoritmalarına dayanır, donanım cihazlarına bağımlı değildir, bu nedenle pasif yan kanal saldırıları veya bulut sunucularının saldırıya uğraması gibi durumlardan etkilenmez. Hassas veri hesaplamalarının dış kaynak kullanılması gereken senaryolar için FHE, bulut tabanlı sanal makineler veya TEE'ye göre daha güvenli ve güvenilirdir.

FHE sistemi özel bilgileri kırmak için, kriptografik algoritmasını kırmak zorundadır, bu şu anda neredeyse imkânsızdır. Ancak saldırganlar, aktif yan kanal saldırıları ile çıktı sonucunu 𝑓)𝑥( değiştirebilir. FHE tasarımında, bu tür saldırılardan kaçınmak için hesaplama süreçlerinde fazlalık kullanılarak önlemler alınabilir.

FHE genellikle birkaç anahtar grubu kullanır:

1. Şifre çözme anahtarı: Anahtar, kullanıcı tarafından yerel olarak üretilir, asla dışarıya verilmez, yalnızca sahibi FHE şifreli verisini çözmek için kullanabilir.

2. Şifreleme Anahtarı: Açık anahtar modunda düz metni şifreli metne dönüştürmek için kullanılır. Başlangıç şifreli metni oluşturan kişi ana şifre sahibi değilse kullanılır. Genellikle, herhangi bir mesajı şifrelemek için yeterli olan rastgele sıfır şifrelemeden oluşur.

3. Anahtar Hesaplama: Şifreli 𝑥 üzerinde homomorfik işlemler yapmak için, şifre çözmeden fonksiyon hesaplaması gerçekleştirilir. Kamuya açık olarak yayınlanabilir, alıcı yalnızca homomorfik işlemler yapabilir, şifreli 𝑥'i çözememektedir.

![Tamamen homomorfik şifreleme FHE çalışma modları ve uygulama senaryolarını anlamak])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-e3e0ce9b630ec487152f37b7a7d50094.webp(

Şifre çözme anahtarının sahibi en hassas kişidir, tüm homomorfik işlem zincirinin etkin ve güvenli olmasını sağlamakla sorumludur ve nihayetinde şifre çözme ile açık metin sonucuna ulaşılır. Kötü niyetli işlemler, şifre çözme sırasında anahtarın ifşasına yol açabilir, ancak homomorfik işlemler kamuya açık bir şekilde doğrulanabilir.

FHE'nin birkaç yaygın senaryosu/modeli vardır:

1. Dış kaynak kullanımı modeli: Alice'in özel verileri var ama hesaplama kapasitesi sınırlı, Bob'un güçlü hesaplama kaynakları var ama özel verileri paylaşmıyor. Alice, giriş parametrelerini şifreleyip Bob'a gönderiyor, Bob homomorfik hesaplama yaparak şifreli sonucu geri gönderiyor. Bu, PIR) özel bilgi alma( senaryosunda kullanılır.

![FHE Çalışma Modları ve Uygulama Senaryolarını Anlamak İçin Tek Makale])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d11dab7bc9be1f62f9bc935ef8d33f93.webp(

2. İki taraflı hesaplama modeli: Bob, hesaplamada gizli veriler sağlar. "Milyoner problemi" gibi e-ticaret uygulamaları için uygundur.

![Tamamen homomorfik şifrelemenin FHE çalışma modları ve uygulama senaryoları hakkında bir makale])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-dceb3da8a44ca777783bebcd773b0852.webp(

3. Birleşim Modu: Dış kaynak modelinin geliştirilmesi, birden fazla katılımcının verilerini birleştirir. Fedaral öğrenme ve çevrimiçi oylama sistemleri için kullanılır.

![Tamamen homomorfik şifreleme FHE çalışma modları ve uygulama senaryolarını anlamak])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-41333f43d9235580b9c51b9901f64c71.webp(

4. İstemci-Sunucu Modeli: Geliştirilmiş iki taraflı hesaplama modeli, sunucu birden fazla bağımsız anahtar istemcisine FHE hesaplaması sağlar. Özel AI model hesaplama hizmetleri için kullanılır.

![Bir Yazıda Tamamen Homomorfik Şifreleme FHE Çalışma Modları ve Uygulama Senaryolarını Anlamak])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7593b4d9d01cef7bfa2279793beb9f49.webp(

FHE, çok taraflı işbirliği senaryolarında daha kolay kullanılır, çünkü her taraf protokole uymak için motive olmuştur. İşbirliği olmayan senaryolarında, hesaplama doğruluğunu sağlamak için çoklu imza/konsensüs ) gibi fazlalıklar getirilebilir. Tamamen homomorfik imza, üçüncü taraf doğrulaması gerektirmeyen bir başka yöntemdir.

Alıcının yalnızca nihai sonucu çözmesini sağlamak için, ara şifrelenmiş verilere erişimini kısıtlayabilir veya şifreleme anahtarını dağıtmak için gizli paylaşım kullanabilirsiniz.

Homomorfik şifreleme, kısmi homomorfik şifreleme (PHE), hiyerarşik homomorfik şifreleme (LHE) ve tamamen homomorfik şifreleme (FHE) olarak üçe ayrılır. FHE, herhangi bir hesaplama görevini destekleyebilir ve parametreler görevlerin karmaşıklığı arttıkça büyümez. Ancak, FHE'nin gürültüyü kontrol etmek için düzenli olarak yüksek maliyetli bir özyükleme işlemi gerçekleştirmesi gerekir.

![Bir Makale ile Tamamen Homomorfik Şifreleme FHE Çalışma Modları ve Uygulama Senaryolarını Anlamak](https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-e6325d032d33d9fc18683bdc5dc177e2.webp01

![Bir makale ile tamamen homomorfik şifreleme FHE çalışma modları ve uygulama alanları])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a37e9e4883a3e188b0c49f33ec7542cc.webp(

![Tamamen homomorfik şifreleme FHE çalışma modları ve uygulama senaryolarını anlamak])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7019c4531429877198ffe6b794ca6c0c.webp(

![Tamamen homomorfik şifreleme FHE çalışma modları ve uygulama senaryolarını anlama])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a9346d133b26d0434e9c711e64d01f78.webp(