Od představení bitcoinu v roce 2009 se technologie blockchainu dramaticky vyvinula a přeměnila se z jednoduché účetní knihy kryptoměn na platformu široce používanou v decentralizovaných aplikacích. Jeho základní vlastnosti – neměnnost, transparentnost a decentralizace – vytvořily z blockchainu solidní rámec pro bezpečné datové transakce, což eliminuje potřebu tradičních zprostředkovatelů.

Přestože technologie blockchain pokročila, obavy o soukromí dat přetrvávají. Zatímco blockchain zajišťuje bezpečnost přenosu dat pomocí šifrování, proces dešifrování za účelem zpracování dat může představovat potenciální bezpečnostní díry. Tato zranitelnost je zvláště významná v oblastech, kde je důvěrnost a integrita dat zásadní, jako jsou decentralizované aplikace (dApps) a finanční systémy běžící v rámci Web3.

Ke zmírnění těchto rizik jsou stále důležitější pokročilé metody šifrování, jako je plně homomorfní šifrování (FHE) a důkazy s nulovými znalostmi (ZKP). Tyto technologie poskytují revoluční způsob, jak vypočítat a ověřit důvěrnost dat, aniž by byly odhaleny základní citlivé informace.

V tomto článku poskytneme hloubkovou analýzu klíčové role FHE a ZKP při zlepšování soukromí blockchainových aplikací a zdůrazníme důležitost těchto technologií v budoucím rozvojovém potenciálu blockchainu.

Úvod

Historie FHE a ZKP sahá desítky let zpět. Oba prošly v průběhu času významným vývojem a stále hrají důležitou roli při zvyšování ochrany osobních údajů.

Plně homomorfní šifrování (FHE)

FHE je sofistikovaná metoda šifrování, která umožňuje provádět funkce přímo na šifrovaných datech, čímž je zachována jejich důvěrnost v průběhu celého procesu. FHE v podstatě uchovává data šifrovaná během ukládání a výpočtu, přičemž šifrování považuje za bezpečnou „černou skříňku“, kde pouze vlastník klíče může dešifrovat výstup. Koncept FHE byl poprvé navržen v roce 1978 s cílem upravit počítačový hardware tak, aby umožnil bezpečné zpracování šifrovaných dat. Až v roce 2009 se však díky pokrokům ve výpočetním výkonu stalo dostupné řešení FHE. Tento průlom je z velké části zásluhou Craiga Gentryho, jehož inovativní práce znamenala významný milník v oboru.

Vysvětlení klíčových pojmů:

• Plně: Označuje schopnost provádět různé operace se zašifrovanými daty, jako je sčítání a násobení.

• Homomorfní: odkazuje na schopnost přímo provádět výpočty na zašifrovaných datech bez jejich dešifrování.

• Šifrování: Popisuje proces převodu informací do zabezpečeného formátu, aby se zabránilo neoprávněnému přístupu.

Oblast FHE zaznamenala od roku 2009 významný pokrok, přičemž v roce 2013 došlo k zásadnímu průlomu, který zjednodušil proces relinearizace a výrazně zlepšil efektivitu FHE. Tyto pokroky demonstrují schopnost FHE provádět různé aritmetické operace se zašifrovanými daty, chránit jejich bezpečnost a integritu bez odhalení jejich obsahu.

Důkaz nulových znalostí (ZKP)

ZKP byl poprvé navržen v roce 1985 v klíčovém článku „Knowledge Complexity of Interactive Proof Systems“ od Shafiho Goldwassera, Silvia Micaliho a Charlese Rackoffa. ZKP byl původně teoretický koncept a až se vznikem zk-SNARKů v roce 2012 došlo k jeho výraznému rozvoji. zk-SNARK jsou typem ZKP, který dokáže ověřit autenticitu jakéhokoli výpočtu, aniž by odhalil téměř jakékoli informace.

V typickém ZKP jsou dvě hlavní role: dokazovatel a ověřovatel. Cílem dokazovatele je potvrdit konkrétní tvrzení a úlohou ověřovatele je vyhodnotit pravdivost tvrzení, aniž by se dozvěděl další informace. Tento přístup umožňuje dokazovateli zveřejnit pouze nezbytné důkazy potřebné k ověření prohlášení, čímž chrání důvěrnost údajů a zvyšuje soukromí.

S nástupem technologie blockchain a kryptoměn se praktické aplikace ZKP dramaticky zvýšily. Jsou klíčové pro usnadnění soukromých transakcí a posílení inteligentního zabezpečení smluv. Vznik zk-SNARKs vedl k vývoji řešení, jako jsou zCash, zkRollups a zkEVMs, čímž se to, co bylo kdysi akademickou činností, stalo ekosystémem plným aplikací v reálném světě. Tento posun zdůrazňuje rostoucí význam ZKP při zabezpečení decentralizovaných systémů, jako je Ethereum, a budování silné digitální infrastruktury zaměřené na soukromí.

ZK vs FHE

I když existují určité podobnosti mezi FHE a ZKP, existují významné funkční rozdíly. FHE může provádět výpočty přímo na zašifrovaných datech, aniž by došlo k úniku nebo přístupu k původním datům, produkovat přesné výsledky bez odhalení základních informací.

Tyto dvě technologie se liší v následujících ohledech:

Výpočet šifrování:

ZKP má potíže se zpracováním zašifrovaných dat (jako jsou soukromé tokeny ERC-20) od více uživatelů, aniž by došlo k ohrožení bezpečnosti. Naproti tomu FHE v tomto ohledu exceluje a poskytuje blockchainovým sítím větší flexibilitu a složitelnost. ZKP však často vyžaduje vlastní integraci pro každou novou síť nebo aktivum.

Škálovatelnost:

V současné době je ZKP široce považován za škálovatelnější než FHE. Nicméně, jak technologie pokračuje vpřed, očekává se, že škálovatelnost FHE se v nadcházejících letech zlepší.

Komplexní výpočty:

FHE se dobře hodí pro složité výpočty na šifrovaných datech, takže je ideální pro aplikace, jako je strojové učení, zabezpečené MPC a plně soukromé výpočty. Naproti tomu ZKP se obvykle používá pro jednodušší operace, jako je prokázání konkrétní hodnoty bez jejího úniku.

Univerzální použitelnost:

ZKP vyniká ve specifických aplikacích, jako je autentizace, autentizace a škálovatelnost. FHE však lze použít v širším spektru aplikačních oblastí, včetně zabezpečeného cloud computingu, umělé inteligence chránící soukromí a zpracování důvěrných dat.

Toto srovnání zdůrazňuje jedinečné silné stránky a omezení každé technologie a ilustruje jejich význam pro různé scénáře. Obě technologie jsou důležitými součástmi blockchainových aplikací, ale ZKP má v současnosti vyzrálejší aplikační záznam. Nicméně se očekává, že FHE se bude v budoucnu vyvíjet a může se v budoucnu stát vhodnějším řešením ochrany soukromí.

Společná aplikace ZKP a FHE

Některé aplikace vyzkoušely zajímavé způsoby kombinace ZKP a FHE. Zejména Craig Gentry a kolegové prozkoumali použití hybridních plně homomorfních šifrovacích technik ke snížení komunikační režie. Tyto inovativní technologie byly použity v různých blockchainových scénářích a mají potenciál být prozkoumány v jiných oblastech.

Potenciální aplikace kombinace ZKP a FHE zahrnují:

1. Zabezpečený cloud computing: FHE šifruje data, zatímco ZKP ověřuje jejich správnost, což umožňuje provádět bezpečné výpočty v cloudu bez odhalení původních dat.

2. Elektronické hlasování: Tato kombinace zajišťuje důvěrnost hlasovacích lístků a potvrzuje přesné sčítání hlasů.

3. Finanční transakce: Ve finančním sektoru tato integrace zachovává důvěrnost transakcí a zároveň umožňuje stranám ověřit jejich správnost bez prozrazení podrobností.

4. Lékařská diagnóza:Lékařská data jsou šifrována a mohou být analyzována poskytovateli lékařských služeb, kteří mohou potvrdit diagnózy bez přístupu k citlivým informacím o pacientech.
   

Kombinovaná aplikace ZKP a FHE slibuje zvýšení bezpečnosti identity a dat v aplikacích a stojí za další průzkum a výzkum.

Aktuální projekty FHE

Níže jsou uvedeny některé projekty věnované aplikaci technologie FHE v oblasti blockchainu:

• Zama: Open source kryptografická společnost vyvíjející FHE řešení pro blockchain a umělou inteligenci.

• Secret Network: Blockchainová platforma spuštěná v roce 2020, která integruje funkce inteligentních smluv o ochraně soukromí.

• Sunscreen: Kompilátor určený pro FHE a ZKP.

• Fhenix: Důvěrný blockchain vrstvy 2 využívající technologii FHE.

• Mind Network: Univerzální kumulativní řešení pro opětovné sčítání založené na FHE.

• Privasea: Platforma datové infrastruktury využívající technologii FHE k usnadnění výpočtu na šifrovaných datech.

Shrnout

FHE se rychle etabluje jako nedílná součást kybernetické bezpečnosti, zejména v prostoru cloud computingu. Průmysloví giganti, jako jsou Google a Microsoft, přijímají technologii k bezpečnému zpracování a ukládání zákaznických dat, aniž by došlo k ohrožení soukromí.

Tato technologie slibuje předefinování zabezpečení dat napříč platformami a ohlašuje éru bezprecedentního soukromí. Dosažení této budoucnosti vyžaduje neustálý pokrok v technologiích, jako jsou FHE a ZKP. Spolupráce napříč obory, včetně kryptografů, softwarových inženýrů, hardwarových expertů a tvůrců politik, je zásadní pro orientaci v regulačním prostředí a podporu širšího přijetí.

Když se posouváme k nové éře digitální suverenity, je důležité mít aktuální informace o nejnovějším vývoji v oblastech, jako jsou FHE a ZKP, kde jsou soukromí a zabezpečení dat hladce integrovány. Udržování aktuálních informací nám umožní efektivně se orientovat v tomto vyvíjejícím se prostředí a využít plný potenciál těchto pokročilých šifrovacích nástrojů.