Mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE: Giới thiệu và ứng dụng
"mã hóa" thường gợi nhớ đến mã hóa tĩnh và mã hóa trong quá trình truyền tải. Mã hóa tĩnh lưu trữ dữ liệu đã được mã hóa trên thiết bị phần cứng hoặc máy chủ đám mây, chỉ những người được ủy quyền mới có thể xem nội dung đã được giải mã. Mã hóa trong quá trình truyền tải đảm bảo rằng dữ liệu được truyền qua internet chỉ có thể được người nhận chỉ định hiểu, ngay cả khi dữ liệu đi qua bộ định tuyến hoặc kênh công cộng, bên trung gian cũng không thể giải mã.
Hai kịch bản này đều dựa vào thuật toán mã hóa, và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu thêm. "Mã hóa xác thực" không chỉ ngăn chặn việc giải mã trái phép ( tính bảo mật ), mà còn ngăn chặn việc kẻ tấn công trung gian làm giả nội dung mã hóa ( tính toàn vẹn/độ tin cậy ).
Một số tình huống hợp tác đa bên cần xử lý phức tạp trên dữ liệu mã hóa, điều này thuộc về lĩnh vực công nghệ bảo vệ quyền riêng tư, mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) là một trong số đó. Lấy ví dụ về bỏ phiếu trực tuyến: cử tri mã hóa kết quả bỏ phiếu và gửi cho thực thể trung gian, thực thể này tổng hợp tất cả các kết quả, tính toán số phiếu bầu cho mỗi ứng cử viên, và cuối cùng chỉ công bố kết quả cuối cùng.
Trong các phương án "mã hóa xác thực" truyền thống, bên trung gian chịu trách nhiệm thống kê phải giải mã tất cả dữ liệu bỏ phiếu để thực hiện thống kê, điều này sẽ làm lộ kết quả bỏ phiếu cá nhân. Khác với phiếu bầu giấy, các cơ chế mật mã truyền thống khó có thể tách biệt phiếu bầu đã mã hóa với danh tính cử tri trong khi vẫn đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.
Một giải pháp là thêm tường cách ly phần cứng xung quanh người trung gian bỏ phiếu, chẳng hạn như Môi trường thực thi đáng tin cậy (TEE). Tuy nhiên, lỗi phần cứng có thể dẫn đến rò rỉ khóa giải mã và khó khắc phục.
Mã hóa đồng cấu hoàn toàn(FHE) công nghệ có thể xử lý các tình huống như vậy. FHE cho phép thực hiện tính toán hàm trực tiếp trên văn bản mật mà không cần giải mã để có được kết quả tính toán đã mã hóa, từ đó bảo vệ quyền riêng tư.
Trong FHE, cấu trúc toán học của hàm 𝑓 là công khai, vì vậy quá trình xử lý đầu vào là mật mã 𝑥 để xuất ra kết quả 𝑓(𝑥) có thể được thực hiện trên đám mây mà không làm lộ thông tin riêng tư. Cần lưu ý rằng 𝑥 và 𝑓(𝑥) đều là mật mã, cần phải giải mã bằng khóa, thường sử dụng cùng một khóa giải mã.
FHE là một phương án mã hóa đồng cấu compact, kích thước của bản mã kết quả 𝑓(𝑥) và khối lượng công việc giải mã chỉ phụ thuộc vào văn bản gốc của dữ liệu đầu vào 𝑥, không phụ thuộc vào quá trình tính toán. Điều này khác với hệ thống mã hóa không compact, hệ thống này đơn giản kết nối 𝑥 với mã nguồn của hàm 𝑓, để người nhận tự giải mã 𝑥 và nhập vào 𝑓 để tính toán.
Trong thực tiễn, mô hình thuê ngoài FHE thường được coi là giải pháp thay thế cho các môi trường thực thi an toàn như TEE. An toàn của FHE dựa trên thuật toán mã hóa, không phụ thuộc vào thiết bị phần cứng, do đó không bị ảnh hưởng bởi các cuộc tấn công bên lề thụ động hoặc các cuộc tấn công vào máy chủ đám mây. Đối với các tình huống cần thuê ngoài tính toán dữ liệu nhạy cảm, FHE an toàn và đáng tin cậy hơn so với máy ảo dựa trên đám mây hoặc TEE.
Hệ thống FHE để phá vỡ thông tin riêng tư, phải phá vỡ thuật toán mã hóa của nó, điều này gần như không thể trong hiện tại. Tuy nhiên, kẻ tấn công có thể sửa đổi kết quả đầu ra 𝑓(𝑥) thông qua các cuộc tấn công kênh bên chủ động. Trong thiết kế FHE, có thể tránh các cuộc tấn công loại này thông qua sự dư thừa trong quy trình tính toán.
FHE thường sử dụng một vài bộ khóa:
Khóa giải mã: khóa chính, được tạo ra tại địa phương của người dùng, không bao giờ được chia sẻ, chỉ có người nắm giữ có thể sử dụng để giải mã văn bản FHE.
Mã hóa khóa: Sử dụng trong chế độ khóa công khai để chuyển đổi văn bản rõ thành văn bản mã hóa. Được sử dụng khi người tạo ra văn bản mã hóa ban đầu không phải là người nắm giữ khóa chính. Thường được tạo thành từ mã hóa số ngẫu nhiên, đủ để mã hóa bất kỳ tin nhắn nào.
Tính toán khóa: được sử dụng để thực hiện các phép toán đồng cấu trên văn bản mã hóa 𝑥 mà không cần giải mã để thực hiện tính toán hàm. Có thể công khai phát hành, người nhận chỉ có thể thực hiện các phép toán đồng cấu, không thể giải mã văn bản mã hóa 𝑥.
Người nắm giữ khóa giải mã là người nhạy cảm nhất, chịu trách nhiệm đảm bảo toàn bộ chuỗi hoạt động đồng cấu hiệu quả và an toàn, cuối cùng giải mã để có kết quả văn bản rõ ràng. Hành động ác ý có thể dẫn đến việc rò rỉ khóa khi giải mã, nhưng hoạt động đồng cấu có thể được xác minh công khai.
FHE có một số trường hợp/mô hình phổ biến:
Mô hình thuê ngoài: Alice sở hữu dữ liệu riêng tư nhưng có khả năng tính toán hạn chế, Bob sở hữu tài nguyên tính toán mạnh mẽ nhưng không đóng góp dữ liệu riêng tư. Alice mã hóa tham số đầu vào gửi cho Bob, Bob thực hiện tính toán đồng cấu sau đó trả về kết quả đã mã hóa. Chủ yếu được sử dụng trong các tình huống truy xuất thông tin riêng tư PIR(.
![Một bài viết hiểu rõ mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và các tình huống ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d11dab7bc9be1f62f9bc935ef8d33f93.webp(
Chế độ tính toán của hai bên: Bob đóng góp dữ liệu riêng tư trong quá trình tính toán. Phù hợp với các ứng dụng thương mại điện tử như "Vấn đề triệu phú".
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và bối cảnh ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-dceb3da8a44ca777783bebcd773b0852.webp(
Chế độ tổng hợp: Cải tiến chế độ ủy quyền, tổng hợp dữ liệu của nhiều người tham gia. Dùng cho học liên bang và hệ thống bỏ phiếu trực tuyến.
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và các tình huống ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-41333f43d9235580b9c51b9901f64c71.webp(
Mô hình máy khách - máy chủ: Mô hình tính toán hai bên cải tiến, máy chủ cung cấp tính toán FHE cho nhiều khách hàng độc lập với khóa. Dùng cho dịch vụ tính toán mô hình AI riêng tư.
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7593b4d9d01cef7bfa2279793beb9f49.webp(
FHE dễ sử dụng hơn trong các tình huống hợp tác đa bên, vì tất cả các bên đều có động cơ tuân thủ thỏa thuận. Trong các tình huống không hợp tác, có thể đưa vào sự dư thừa ) như chữ ký đa ký/ đồng thuận ( để đảm bảo tính chính xác của phép toán. Chữ ký hoàn toàn đồng cấu là một phương pháp khác không cần xác minh của bên thứ ba.
Để đảm bảo người nhận chỉ giải mã kết quả cuối cùng, có thể hạn chế quyền truy cập vào các văn bản mã hóa trung gian, hoặc áp dụng phân chia bí mật để phân phối khóa giải mã.
Mã hóa đồng cấu được chia thành mã hóa đồng cấu một phần )PHE(, mã hóa đồng cấu phân cấp )LHE( và mã hóa đồng cấu hoàn toàn )FHE(. FHE có thể hỗ trợ bất kỳ nhiệm vụ tính toán nào, và tham số không tăng lên khi độ phức tạp của nhiệm vụ tăng. Tuy nhiên, FHE cần thực hiện các thao tác tự khởi động tốn kém định kỳ để kiểm soát tiếng ồn.
![Một bài viết hiểu về chế độ hoạt động và ứng dụng của mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-e6325d032d33d9fc18683bdc5dc177e2.webp(
![Đọc hiểu mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a37e9e4883a3e188b0c49f33ec7542cc.webp(
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7019c4531429877198ffe6b794ca6c0c.webp(
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và các tình huống ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a9346d133b26d0434e9c711e64d01f78.webp(
Trang này có thể chứa nội dung của bên thứ ba, được cung cấp chỉ nhằm mục đích thông tin (không phải là tuyên bố/bảo đảm) và không được coi là sự chứng thực cho quan điểm của Gate hoặc là lời khuyên về tài chính hoặc chuyên môn. Xem Tuyên bố từ chối trách nhiệm để biết chi tiết.
14 thích
Phần thưởng
14
5
Chia sẻ
Bình luận
0/400
MevHunter
· 2giờ trước
Bản mã này thật tuyệt
Xem bản gốcTrả lời0
StealthMoon
· 13giờ trước
Nói chuyện một lúc thì ngủ mất...
Xem bản gốcTrả lời0
ZkProofPudding
· 13giờ trước
Thật sự không ai hiểu cái này.
Xem bản gốcTrả lời0
SelfRugger
· 13giờ trước
Một cao thủ không kiến thức nữa～
Xem bản gốcTrả lời0
TestnetScholar
· 13giờ trước
Nhìn cũng không hiểu... nhưng không hiểu sao lại muốn theo đuổi
Mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE: Ngôi sao tương lai của bảo vệ quyền riêng tư Web3
Mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE: Giới thiệu và ứng dụng
"mã hóa" thường gợi nhớ đến mã hóa tĩnh và mã hóa trong quá trình truyền tải. Mã hóa tĩnh lưu trữ dữ liệu đã được mã hóa trên thiết bị phần cứng hoặc máy chủ đám mây, chỉ những người được ủy quyền mới có thể xem nội dung đã được giải mã. Mã hóa trong quá trình truyền tải đảm bảo rằng dữ liệu được truyền qua internet chỉ có thể được người nhận chỉ định hiểu, ngay cả khi dữ liệu đi qua bộ định tuyến hoặc kênh công cộng, bên trung gian cũng không thể giải mã.
Hai kịch bản này đều dựa vào thuật toán mã hóa, và đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu thêm. "Mã hóa xác thực" không chỉ ngăn chặn việc giải mã trái phép ( tính bảo mật ), mà còn ngăn chặn việc kẻ tấn công trung gian làm giả nội dung mã hóa ( tính toàn vẹn/độ tin cậy ).
Một số tình huống hợp tác đa bên cần xử lý phức tạp trên dữ liệu mã hóa, điều này thuộc về lĩnh vực công nghệ bảo vệ quyền riêng tư, mã hóa đồng cấu hoàn toàn (FHE) là một trong số đó. Lấy ví dụ về bỏ phiếu trực tuyến: cử tri mã hóa kết quả bỏ phiếu và gửi cho thực thể trung gian, thực thể này tổng hợp tất cả các kết quả, tính toán số phiếu bầu cho mỗi ứng cử viên, và cuối cùng chỉ công bố kết quả cuối cùng.
Trong các phương án "mã hóa xác thực" truyền thống, bên trung gian chịu trách nhiệm thống kê phải giải mã tất cả dữ liệu bỏ phiếu để thực hiện thống kê, điều này sẽ làm lộ kết quả bỏ phiếu cá nhân. Khác với phiếu bầu giấy, các cơ chế mật mã truyền thống khó có thể tách biệt phiếu bầu đã mã hóa với danh tính cử tri trong khi vẫn đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.
Một giải pháp là thêm tường cách ly phần cứng xung quanh người trung gian bỏ phiếu, chẳng hạn như Môi trường thực thi đáng tin cậy (TEE). Tuy nhiên, lỗi phần cứng có thể dẫn đến rò rỉ khóa giải mã và khó khắc phục.
Mã hóa đồng cấu hoàn toàn(FHE) công nghệ có thể xử lý các tình huống như vậy. FHE cho phép thực hiện tính toán hàm trực tiếp trên văn bản mật mà không cần giải mã để có được kết quả tính toán đã mã hóa, từ đó bảo vệ quyền riêng tư.
Trong FHE, cấu trúc toán học của hàm 𝑓 là công khai, vì vậy quá trình xử lý đầu vào là mật mã 𝑥 để xuất ra kết quả 𝑓(𝑥) có thể được thực hiện trên đám mây mà không làm lộ thông tin riêng tư. Cần lưu ý rằng 𝑥 và 𝑓(𝑥) đều là mật mã, cần phải giải mã bằng khóa, thường sử dụng cùng một khóa giải mã.
FHE là một phương án mã hóa đồng cấu compact, kích thước của bản mã kết quả 𝑓(𝑥) và khối lượng công việc giải mã chỉ phụ thuộc vào văn bản gốc của dữ liệu đầu vào 𝑥, không phụ thuộc vào quá trình tính toán. Điều này khác với hệ thống mã hóa không compact, hệ thống này đơn giản kết nối 𝑥 với mã nguồn của hàm 𝑓, để người nhận tự giải mã 𝑥 và nhập vào 𝑓 để tính toán.
Trong thực tiễn, mô hình thuê ngoài FHE thường được coi là giải pháp thay thế cho các môi trường thực thi an toàn như TEE. An toàn của FHE dựa trên thuật toán mã hóa, không phụ thuộc vào thiết bị phần cứng, do đó không bị ảnh hưởng bởi các cuộc tấn công bên lề thụ động hoặc các cuộc tấn công vào máy chủ đám mây. Đối với các tình huống cần thuê ngoài tính toán dữ liệu nhạy cảm, FHE an toàn và đáng tin cậy hơn so với máy ảo dựa trên đám mây hoặc TEE.
Hệ thống FHE để phá vỡ thông tin riêng tư, phải phá vỡ thuật toán mã hóa của nó, điều này gần như không thể trong hiện tại. Tuy nhiên, kẻ tấn công có thể sửa đổi kết quả đầu ra 𝑓(𝑥) thông qua các cuộc tấn công kênh bên chủ động. Trong thiết kế FHE, có thể tránh các cuộc tấn công loại này thông qua sự dư thừa trong quy trình tính toán.
FHE thường sử dụng một vài bộ khóa:
Khóa giải mã: khóa chính, được tạo ra tại địa phương của người dùng, không bao giờ được chia sẻ, chỉ có người nắm giữ có thể sử dụng để giải mã văn bản FHE.
Mã hóa khóa: Sử dụng trong chế độ khóa công khai để chuyển đổi văn bản rõ thành văn bản mã hóa. Được sử dụng khi người tạo ra văn bản mã hóa ban đầu không phải là người nắm giữ khóa chính. Thường được tạo thành từ mã hóa số ngẫu nhiên, đủ để mã hóa bất kỳ tin nhắn nào.
Tính toán khóa: được sử dụng để thực hiện các phép toán đồng cấu trên văn bản mã hóa 𝑥 mà không cần giải mã để thực hiện tính toán hàm. Có thể công khai phát hành, người nhận chỉ có thể thực hiện các phép toán đồng cấu, không thể giải mã văn bản mã hóa 𝑥.
Người nắm giữ khóa giải mã là người nhạy cảm nhất, chịu trách nhiệm đảm bảo toàn bộ chuỗi hoạt động đồng cấu hiệu quả và an toàn, cuối cùng giải mã để có kết quả văn bản rõ ràng. Hành động ác ý có thể dẫn đến việc rò rỉ khóa khi giải mã, nhưng hoạt động đồng cấu có thể được xác minh công khai.
FHE có một số trường hợp/mô hình phổ biến:
![Một bài viết hiểu rõ mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và các tình huống ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-d11dab7bc9be1f62f9bc935ef8d33f93.webp(
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và bối cảnh ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-dceb3da8a44ca777783bebcd773b0852.webp(
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và các tình huống ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-41333f43d9235580b9c51b9901f64c71.webp(
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7593b4d9d01cef7bfa2279793beb9f49.webp(
FHE dễ sử dụng hơn trong các tình huống hợp tác đa bên, vì tất cả các bên đều có động cơ tuân thủ thỏa thuận. Trong các tình huống không hợp tác, có thể đưa vào sự dư thừa ) như chữ ký đa ký/ đồng thuận ( để đảm bảo tính chính xác của phép toán. Chữ ký hoàn toàn đồng cấu là một phương pháp khác không cần xác minh của bên thứ ba.
Để đảm bảo người nhận chỉ giải mã kết quả cuối cùng, có thể hạn chế quyền truy cập vào các văn bản mã hóa trung gian, hoặc áp dụng phân chia bí mật để phân phối khóa giải mã.
Mã hóa đồng cấu được chia thành mã hóa đồng cấu một phần )PHE(, mã hóa đồng cấu phân cấp )LHE( và mã hóa đồng cấu hoàn toàn )FHE(. FHE có thể hỗ trợ bất kỳ nhiệm vụ tính toán nào, và tham số không tăng lên khi độ phức tạp của nhiệm vụ tăng. Tuy nhiên, FHE cần thực hiện các thao tác tự khởi động tốn kém định kỳ để kiểm soát tiếng ồn.
![Một bài viết hiểu về chế độ hoạt động và ứng dụng của mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-e6325d032d33d9fc18683bdc5dc177e2.webp(
![Đọc hiểu mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a37e9e4883a3e188b0c49f33ec7542cc.webp(
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-7019c4531429877198ffe6b794ca6c0c.webp(
![Một bài viết hiểu rõ về mã hóa đồng cấu hoàn toàn FHE chế độ hoạt động và các tình huống ứng dụng])https://img-cdn.gateio.im/webp-social/moments-a9346d133b26d0434e9c711e64d01f78.webp(