FHE, ZK и MPC: Сравнение трех ключевых технологий шифрования

В сегодняшнюю цифровую эпоху шифрование играет решающую роль в защите безопасности данных и личной конфиденциальности. В этой статье будет подробно рассмотрено три современных шифрования: полное гомоморфное шифрование (FHE), нулевое доказательство (ZK) и многопартитные безопасные вычисления (MPC), а также исследованы их принципы работы, сценарии применения и потенциальное использование в области блокчейна.

Нулевое знание ( ZK ): доказательство без раскрытия

Технология доказательства с нулевым разглашением направлена на решение проблемы проверки подлинности информации без раскрытия конкретного содержания. С помощью ZK одна сторона может доказать другой стороне, что она знает некоторую тайну, не раскрывая никакой информации о самой тайне.

Например, если Алисе нужно доказать свою кредитоспособность сотруднику прокатной компании Бобу, но она не хочет предоставлять подробные банковские выписки, то аналогичные "кредитные баллы", предоставляемые банками или платежными приложениями, могут рассматриваться как форма нулевого знания. Алиса может доказать свою хорошую кредитоспособность Бобу при условии, что Боб "ничего не знает", не показывая конкретную информацию о счете.

В приложениях блокчейна технологии ZK могут использоваться для реализации анонимных транзакций. Например, в случае анонимной валюты при переводе средств необходимо обеспечить как анонимность, так и доказать, что пользователь имеет право на перевод этих монет (, чтобы избежать двойных расходов ). Пользователь может сгенерировать ZK-доказательство, чтобы майнеры могли проверять законность транзакции, не зная при этом личность отправителя, и включать её в блокчейн.

Многосторонние вычисления безопасности(MPC): безопасные совместные вычисления

Технология многопартнерских безопасных вычислений (MPC) в основном решает вопрос, как позволить нескольким участникам совместно выполнять вычислительные задачи без раскрытия конфиденциальной информации. MPC позволяет нескольким участникам сотрудничать для выполнения вычислений, но каждый участник не обязан раскрывать свои входные данные.

Например, если Алиса, Боб и Кэрол хотят рассчитать свою среднюю зарплату, но не хотят раскрывать друг другу конкретные суммы, они могут использовать следующий план MPC: каждый разделяет свою зарплату на три части и передает по две части другим двум. Затем каждый суммирует полученные числа и делится результатом. В конце трое суммируют эти три результата и вычисляют среднее значение, таким образом получая среднюю зарплату, но не могут определить конкретные зарплаты друг друга.

В области шифрования валют технологии MPC используются для создания более безопасных систем кошельков. Некоторые торговые платформы внедрили кошельки MPC, которые разделяют приватные ключи на несколько частей, которые хранятся на мобильных устройствах пользователей, в облаке пользователей и на бирже. Этот подход повышает безопасность активов, и даже если пользователь потеряет телефон, он может восстановить доступ другими способами.

Полностью однородное шифрование(FHE): Шифрование внешних вычислений

Технология полностью однородного шифрования решает проблему того, как зашифровать чувствительные данные, чтобы их можно было передавать ненадежным третьим лицам для вычислений, при этом результаты вычислений все равно могут быть правильно расшифрованы. FHE позволяет выполнять различные операции непосредственно на зашифрованных данных без необходимости предварительной расшифровки.

В практическом применении FHE позволяет владельцам данных передавать зашифрованные данные третьим лицам для обработки, не беспокоясь о возможной утечке данных. Например, медицинские учреждения могут предоставить зашифрованные записи пациентов исследовательским организациям для анализа, и эти организации смогут сделать ценные выводы, не зная оригинальных данных.

В области блокчейна технология FHE может быть использована для улучшения механизма консенсуса PoS и систем голосования. Например, некоторые проекты исследуют использование технологии FHE для предотвращения плагиата между узлами PoS или для предотвращения следования за голосами в процессе голосования, тем самым повышая уровень децентрализации системы и подлинность решений.

Сравнение технологий

Несмотря на то, что ZK, MPC и FHE стремятся защитить конфиденциальность и безопасность данных, у них есть значительные различия в областях применения и технологической сложности:

• ZK в основном используется для доказательства и подходит для сценариев, где необходимо проверить права или личность.
• MPC акцентирует внимание на многопартийных вычислениях, что подходит для ситуаций, где требуется сотрудничество данных, но необходимо защищать конфиденциальность сторон.
• FHE сосредоточен на обработке шифрованных данных, особенно подходит для облачных вычислений и услуг ИИ.

С точки зрения технологической сложности, ZK требует глубоких математических и программных навыков; MPC сталкивается с проблемами синхронизации и эффективности связи; FHE же имеет значительные препятствия в вычислительной эффективности.

В целом, эти три технологии шифрования имеют свои сильные стороны и играют важную роль в различных приложениях. С развитием технологий они будут играть все более важную роль в защите конфиденциальности и безопасности цифрового мира.