FHE, ZK и MPC: Сравнение трех современных шифрование технологий

В эпоху цифровых технологий безопасность данных и защита конфиденциальности становятся все более важными. Полное гомоморфное шифрование (FHE), доказательство с нулевым разглашением (ZK) и многопартийные безопасные вычисления (MPC) представляют собой три передовые технологии шифрования, каждая из которых играет ключевую роль в различных сценариях. В этой статье будет подробно сравнено три этих технологии, их характеристики и применение.

Нулевое знание (ZK)

Технология нулевого знания направлена на решение проблемы проверки достоверности информации без раскрытия конкретного содержания. Она основана на шифровании и позволяет одной стороне доказать другой стороне существование определенной тайны, не раскрывая никакой информации о самой тайне.

Приведем пример: предположим, что Алисе нужно доказать арендаторам автомобилей, что у нее хорошая кредитоспособность, но она не хочет предоставлять подробные выписки из банка. В этом случае "кредитный балл", предоставляемый банком или платежным приложением, может служить в качестве доказательства с нулевым разглашением. Алиса может доказать, что ее кредитный рейтинг соответствует требованиям, не показывая конкретную информацию о счете.

В области блокчейна применение технологии ZK можно сравнить с некоторыми анонимными монетами. Когда пользователи осуществляют перевод, им необходимо доказать наличие достаточных прав на сумму, сохраняя при этом анонимность. С помощью генерации ZK-доказательства майнеры могут проверять законность транзакции и добавлять её в блокчейн, не зная идентичности участников сделки.

Многосторонние безопасные вычисления (MPC)

Технология безопасных многосторонних вычислений сосредоточена на том, как позволить нескольким участникам совместно выполнять вычислительные задачи без раскрытия конфиденциальной информации. Эта технология позволяет нескольким участникам совместно вычислять, не раскрывая при этом свои входные данные.

Например, если трое человек хотят вычислить свою среднюю зарплату, но не хотят раскрывать свои конкретные суммы зарплаты. Они могут разделить свою зарплату на три части и обменять две из них с другими двумя людьми. Каждый складывает полученные числа, а затем делится результатом суммы. В конце трое человек суммируют эти три результата, чтобы получить среднее значение, но не могут определить точную зарплату других, кроме своей.

В области шифрования валют некоторые торговые платформы внедрили кошельки MPC, использующие эту технологию. Пользователям больше не нужно запоминать 12 мнемонических слов, вместо этого они применяют подход, аналогичный многофакторной подписи 2/2, распределяя приватный ключ на мобильном телефоне пользователя, в облаке и на торговой платформе. Даже если пользователь потеряет свой телефон, он все равно сможет восстановить приватный ключ с помощью других двух частей.

Полная однородная шифрование (FHE)

Технология полного гомоморфного шифрования решает проблему шифрования чувствительных данных, позволяя их передавать ненадежным третьим лицам для вспомогательных вычислений, при этом гарантируя, что результаты могут быть правильно декодированы.

Представьте себе ситуацию, в которой Алисе необходимо полагаться на мощные вычислительные способности Боба, но она не хочет раскрывать исходные данные. Она может добавить шум к данным (с помощью многократного сложения/умножения для шифрования), а затем позволить Бобу обрабатывать зашифрованные данные. В конечном итоге Алисa сама расшифровывает и получает реальные результаты, в то время как Боб ничего не знает о содержании.

FHE особенно важно при обработке конфиденциальных данных в облачных вычислениях. Например, при обработке медицинских записей или личной финансовой информации FHE позволяет данным оставаться в зашифрованном состоянии на протяжении всего процесса обработки, что обеспечивает безопасность данных и соответствует требованиям законодательства о конфиденциальности.

В области блокчейна технология FHE может быть использована для улучшения процесса верификации в небольших PoS сетях. Позволяя узлам завершать верификацию блоков, не зная ответов друг друга, можно предотвратить плагиат между узлами и повысить степень децентрализации сети. Аналогично, в голосовых системах FHE может предотвратить групповое голосование и более точно отражать истинное общественное мнение.

Сравнение трех технологий

Хотя ZK, MPC и FHE все направлены на защиту конфиденциальности и безопасности данных, между ними существуют различия в области применения и технической сложности:

1. Сценарии применения:

   • ZK подчеркивает "как доказать", применимо к сценарию проверки полномочий или идентичности.
   • MPC подчеркивает "как вычислять", применимо в случаях, когда нескольким сторонам необходимо совместное вычисление, но при этом нужно защищать конфиденциальность данных каждой из сторон.
   • FHE подчеркивает "как шифровать", что подходит для ситуаций, когда необходимо выполнять сложные вычисления в состоянии шифрования данных.

2. Техническая сложность:

   • Реализация эффективного и удобного протокола ZK может быть очень сложной и требовать глубоких математических и программных навыков.
   • При реализации MPC необходимо решить проблемы синхронизации и эффективности связи, особенно в случае участия нескольких сторон.
   • FHE сталкивается с огромными вызовами в области вычислительной эффективности. Хотя теоретически это очень привлекательно, высокая вычислительная сложность и временные затраты в реальных приложениях остаются основными препятствиями.

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