FHE, ZK và MPC: Sự khác biệt và tương đồng của ba công nghệ mã hóa

Công nghệ mã hóa đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc bảo vệ an toàn dữ liệu và quyền riêng tư cá nhân. Bài viết này sẽ so sánh chi tiết ba công nghệ mã hóa tiên tiến: mã hóa hoàn toàn đồng nhất (FHE), chứng minh không biết (ZK) và tính toán an toàn nhiều bên (MPC).

Bằng chứng không kiến thức (ZK): Chứng minh mà không tiết lộ

Công nghệ chứng minh không kiến thức nhằm giải quyết vấn đề làm thế nào để xác thực tính xác thực của thông tin mà không tiết lộ nội dung cụ thể. Nó dựa trên các nguyên tắc mã hóa, cho phép một bên chứng minh cho bên kia sự tồn tại của một bí mật mà không cần tiết lộ bất kỳ thông tin cụ thể nào về bí mật đó.

Ví dụ, nếu Alice muốn chứng minh tình trạng tín dụng tốt của mình cho nhân viên công ty cho thuê xe Bob, nhưng không muốn cung cấp chi tiết về dòng tiền ngân hàng, thì "điểm tín dụng" do ngân hàng hoặc phần mềm thanh toán cung cấp có thể được coi là một dạng chứng minh không biết. Alice có thể chứng minh điểm tín dụng của mình cho Bob mà không cần tiết lộ thông tin tài khoản cụ thể.

Trong lĩnh vực blockchain, ứng dụng của công nghệ ZK có thể tham khảo một loại mã hóa tiền ẩn danh nào đó. Khi người dùng thực hiện chuyển khoản, họ cần chứng minh quyền chuyển khoản của mình trong khi vẫn giữ được sự ẩn danh. Bằng cách tạo ra chứng minh ZK, thợ mỏ có thể xác minh tính hợp pháp của giao dịch mà không biết danh tính của người khởi xướng giao dịch và đưa nó vào chuỗi.

Tính toán an toàn đa bên (MPC): Tính toán chung mà không tiết lộ

Công nghệ tính toán an toàn đa bên chủ yếu giải quyết vấn đề làm thế nào để cho phép nhiều bên tham gia thực hiện tính toán an toàn mà không tiết lộ thông tin nhạy cảm. Nó cho phép nhiều bên cùng hoàn thành nhiệm vụ tính toán mà không cần bên nào tiết lộ dữ liệu đầu vào của mình.

Ví dụ, nếu ba người muốn tính toán mức lương trung bình của họ nhưng không muốn tiết lộ số tiền cụ thể cho nhau, họ có thể áp dụng phương pháp sau: mỗi người chia lương của mình thành ba phần và giao hai phần cho hai người còn lại. Sau đó, mỗi người sẽ cộng những con số nhận được và chia sẻ kết quả. Cuối cùng, ba người sẽ cộng ba kết quả này lại với nhau và lấy giá trị trung bình, từ đó có được mức lương trung bình, nhưng không biết được số lương cụ thể của người khác.

Trong lĩnh vực mã hóa, công nghệ MPC được áp dụng để phát triển ví mới. Ví này không còn yêu cầu người dùng nhớ 12 cụm từ hỗ trợ, mà thay vào đó áp dụng phương thức ký nhiều chữ ký 2/2, phân tán lưu trữ khóa riêng ở nhiều vị trí như điện thoại của người dùng, đám mây và nhà cung cấp dịch vụ. Ngay cả khi người dùng vô tình làm mất điện thoại, họ vẫn có thể khôi phục quyền truy cập thông qua các phương tiện khác.

Toán học mã hóa toàn phần (FHE): Tính toán ủy thác mã hóa

Công nghệ mã hóa toàn đồng nhất tập trung vào việc giải quyết cách mã hóa dữ liệu nhạy cảm, để dữ liệu đã được mã hóa có thể được giao cho bên thứ ba không đáng tin cậy để xử lý tính toán, trong khi kết quả vẫn có thể được chủ sở hữu dữ liệu gốc giải mã chính xác.

Trong ứng dụng thực tế, FHE cho phép chủ sở hữu dữ liệu gửi dữ liệu gốc đã thêm tiếng ồn (thông qua các phép cộng hoặc phép nhân nhiều lần) cho bên thứ ba có khả năng tính toán mạnh mẽ xử lý, sau đó tự giải mã để nhận được kết quả thực tế, trong khi bên thứ ba hoàn toàn không biết nội dung dữ liệu gốc.

Công nghệ này đặc biệt quan trọng trong việc xử lý dữ liệu nhạy cảm trong môi trường điện toán đám mây. Ví dụ, khi xử lý hồ sơ y tế hoặc thông tin tài chính cá nhân, FHE có thể đảm bảo rằng dữ liệu vẫn được mã hóa trong suốt quá trình xử lý, vừa bảo vệ an toàn dữ liệu, vừa tuân thủ các yêu cầu về quy định bảo mật thông tin.

Trong lĩnh vực blockchain, công nghệ FHE có thể được áp dụng để cải thiện cơ chế đồng thuận PoS (bằng chứng cổ phần) và hệ thống bỏ phiếu. Bằng cách cho phép các nút hoàn thành công việc xác thực khối mà không biết câu trả lời của nhau, có thể ngăn chặn hành vi sao chép giữa các nút, do đó giải quyết vấn đề lười biếng và tập trung hóa trong mạng PoS nhỏ. Tương tự, trong quá trình bỏ phiếu, FHE có thể đảm bảo rằng các cử tri hoàn thành việc bỏ phiếu mà không biết ý định bỏ phiếu của nhau, ngăn chặn hiện tượng bỏ phiếu theo đám đông.

So sánh kỹ thuật

Mặc dù cả ba công nghệ này đều nhằm bảo vệ quyền riêng tư và an ninh dữ liệu, nhưng chúng có sự khác biệt về bối cảnh ứng dụng và độ phức tạp về kỹ thuật:

1. Ứng dụng cảnh:
   • ZK tập trung vào "cách chứng minh", phù hợp với những trường hợp cần xác minh quyền hạn hoặc danh tính.
   • MPC tập trung vào "cách tính toán", áp dụng cho các bên cần tính toán chung nhưng lại phải bảo vệ quyền riêng tư dữ liệu của mình.
   • FHE tập trung vào "cách mã hóa", phù hợp với những tình huống cần thực hiện tính toán phức tạp trong khi giữ dữ liệu ở trạng thái mã hóa.

2. Độ phức tạp của công nghệ:
   • ZK lý thuyết rất mạnh, nhưng thiết kế một giao thức hiệu quả và dễ thực hiện là khá phức tạp, cần có nền tảng toán học và lập trình vững chắc.
   • MPC cần giải quyết vấn đề đồng bộ và hiệu quả giao tiếp khi triển khai, đặc biệt trong các trường hợp có nhiều bên tham gia, chi phí phối hợp và chi phí tính toán có thể rất cao.
   • FHE đối mặt với những thách thức lớn về hiệu suất tính toán, mặc dù về lý thuyết rất hấp dẫn, nhưng độ phức tạp tính toán cao và chi phí thời gian trong ứng dụng thực tế vẫn là những trở ngại chính.

Tóm lại, ba loại công nghệ mã hóa này đều có những đặc điểm và lĩnh vực ứng dụng riêng, cùng nhau tạo thành một phần quan trọng của mật mã học hiện đại, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho an ninh dữ liệu và bảo vệ quyền riêng tư.