С момента появления Биткойна в 2009 году технология блокчейна претерпела значительные изменения, превратившись из простого реестра криптовалют в платформу, широко используемую в децентрализованных приложениях. Его фундаментальные свойства — неизменность, прозрачность и децентрализация — сделали блокчейн надежной основой для безопасных транзакций данных, устраняя необходимость в традиционных посредниках.
Хотя технология блокчейна продвинулась вперед, опасения по поводу конфиденциальности данных остаются. Хотя блокчейн обеспечивает безопасность передачи данных посредством шифрования, процесс расшифровки, выполняемый для обработки данных, может представлять собой потенциальные дыры в безопасности. Эта уязвимость особенно значительна в областях, где конфиденциальность и целостность данных имеют решающее значение, таких как децентрализованные приложения (dApps) и финансовые системы, работающие в рамках Web3.
Чтобы снизить эти риски, все большее значение приобретают передовые методы шифрования, такие как полностью гомоморфное шифрование (FHE) и доказательство с нулевым разглашением (ZKP). Эти технологии обеспечивают революционный способ вычисления и проверки конфиденциальности данных без раскрытия основной конфиденциальной информации.
В этой статье мы предоставим углубленный анализ ключевой роли FHE и ZKP в повышении конфиденциальности приложений блокчейна и подчеркнем важность этих технологий в будущем потенциале развития конфиденциальности данных блокчейна.
Введение
История FHE и ZKP насчитывает десятилетия. Оба со временем претерпели значительную эволюцию и до сих пор играют важную роль в повышении конфиденциальности данных.
Полностью гомоморфное шифрование (FHE)
FHE — это сложный метод шифрования, который позволяет выполнять функции непосредственно с зашифрованными данными, сохраняя тем самым их конфиденциальность на протяжении всего процесса. По сути, FHE хранит данные в зашифрованном виде во время хранения и вычислений, рассматривая шифрование как безопасный «черный ящик», где только владелец ключа может расшифровать выходные данные. Концепция FHE была впервые предложена в 1978 году для модификации компьютерного оборудования, обеспечивающего безопасную обработку зашифрованных данных. Однако только в 2009 году жизнеспособное решение FHE стало доступно благодаря развитию вычислительной мощности. Этот прорыв во многом произошел благодаря Крейгу Джентри, чья инновационная работа стала важной вехой в этой области.
Объяснение ключевых терминов:
Полностью: указывает на возможность выполнять различные операции с зашифрованными данными, например сложение и умножение.
Гомоморфность: относится к способности напрямую выполнять вычисления с зашифрованными данными без их расшифровки.
Шифрование: описывает процесс преобразования информации в безопасный формат для предотвращения несанкционированного доступа.
С 2009 года в области FHE достигнут значительный прогресс, а в 2013 году произошел крупный прорыв, который упростил процесс релинеаризации и значительно повысил эффективность FHE. Эти достижения демонстрируют способность FHE выполнять различные арифметические операции с зашифрованными данными, защищая их безопасность и целостность, не раскрывая их содержимое.
Доказательство с нулевым разглашением (ZKP)
ZKP был впервые предложен в 1985 году в основополагающей статье «Сложность знаний интерактивных систем доказательства» Шафи Голдвассера, Сильвио Микали и Чарльза Ракоффа. ZKP изначально был теоретической концепцией, и только после появления zk-SNARK в 2012 году она получила значительное развитие. zk-SNARK — это тип ZKP, который может проверять подлинность любых вычислений, не раскрывая практически никакой информации.
В типичном ZKP есть две основные роли: доказывающий и проверяющий. Цель проверяющего — подтвердить конкретное утверждение, а роль проверяющего — оценить истинность утверждения, не изучая никакой дополнительной информации. Такой подход позволяет доказывающему раскрыть только необходимые доказательства, необходимые для проверки утверждения, тем самым защищая конфиденциальность данных и повышая конфиденциальность.
С развитием технологии блокчейна и криптовалют практическое применение ZKP резко возросло. Они имеют решающее значение для облегчения частных транзакций и повышения безопасности смарт-контрактов. Появление zk-SNARK привело к разработке таких решений, как zCash, zkRollups и zkEVM, превратив то, что когда-то было академическим занятием, в экосистему, полную реальных приложений. Этот сдвиг подчеркивает растущую значимость ZKP в обеспечении безопасности децентрализованных систем, таких как Ethereum, и создании мощной цифровой инфраструктуры, ориентированной на конфиденциальность.
ЗК против ФХЭ
Хотя между FHE и ZKP есть некоторые сходства, существуют существенные функциональные различия. FHE может выполнять вычисления непосредственно над зашифрованными данными, не допуская утечки или доступа к исходным данным, получая точные результаты без раскрытия базовой информации.
Эти две технологии различаются следующим образом:
Расчет шифрования:
ZKP испытывает трудности с обработкой зашифрованных данных (например, частных токенов ERC-20) от нескольких пользователей без ущерба для безопасности. Напротив, FHE превосходит других в этом отношении, обеспечивая большую гибкость и возможность компоновки сетей блокчейнов. Однако ZKP часто требует индивидуальной интеграции для каждой новой сети или актива.
Масштабируемость:
В настоящее время ZKP считается более масштабируемым, чем FHE. Однако по мере дальнейшего развития технологий ожидается, что масштабируемость FHE улучшится в ближайшие годы.
Сложные расчеты:
FHE хорошо подходит для сложных вычислений с зашифрованными данными, что делает его идеальным для таких приложений, как машинное обучение, безопасный MPC и полностью конфиденциальные вычисления. Напротив, ZKP обычно используется для более простых операций, таких как подтверждение определенного значения без его утечки.
Универсальная применимость:
ZKP превосходен в конкретных приложениях, таких как аутентификация, аутентификация и масштабируемость. Однако FHE может использоваться в более широком спектре областей применения, включая безопасные облачные вычисления, искусственный интеллект, сохраняющий конфиденциальность, и обработку конфиденциальных данных.
Это сравнение подчеркивает уникальные сильные и слабые стороны каждой технологии, иллюстрируя их актуальность для различных сценариев. Обе технологии являются важными компонентами приложений блокчейна, но ZKP в настоящее время имеет более зрелый опыт применения. Тем не менее, ожидается, что FHE будет развиваться в будущем и может стать более подходящим решением для защиты конфиденциальности в будущем.
Совместное применение ЗКП и ФХЭ
В некоторых приложениях были опробованы интересные способы объединения ZKP и FHE. Примечательно, что Крейг Джентри и его коллеги исследовали возможность использования гибридных полностью гомоморфных методов шифрования для снижения накладных расходов на связь. Эти инновационные технологии применялись в различных сценариях блокчейна и имеют потенциал для изучения в других областях.
Потенциальные применения комбинации ZKP и FHE включают:
Безопасные облачные вычисления: FHE шифрует данные, а ZKP проверяет их правильность, что позволяет выполнять безопасные вычисления в облаке, не раскрывая исходные данные.
Электронное голосование: эта комбинация обеспечивает конфиденциальность бюллетеней и подтверждает точный подсчет голосов.
Финансовые транзакции. В финансовом секторе такая интеграция обеспечивает конфиденциальность транзакций, позволяя сторонам проверять их правильность, не раскрывая деталей.
Медицинский диагноз:Медицинские данные зашифрованы и могут быть проанализированы медицинскими работниками, которые могут подтвердить диагнозы, не обращаясь к конфиденциальной информации о пациентах.
Совместное применение ZKP и FHE потенциально может повысить безопасность идентификации и данных в приложениях и заслуживает дальнейшего изучения и исследования.
Текущие проекты FHE
Ниже приведены некоторые проекты, посвященные применению технологии FHE в области блокчейна:
Zama: Криптографическая компания с открытым исходным кодом, разрабатывающая решения FHE для блокчейна и искусственного интеллекта.
Секретная сеть: платформа блокчейна, запущенная в 2020 году, которая объединяет функции смарт-контрактов, сохраняющие конфиденциальность.
Солнцезащитный крем: компилятор, предназначенный для FHE и ZKP.
Fhenix: конфиденциальный блокчейн уровня 2, использующий технологию FHE.
Mind Network: универсальное решение для ретейкинга на основе FHE.
Privasea: платформа инфраструктуры данных, использующая технологию FHE для облегчения вычислений на зашифрованных данных.
Подведем итог
FHE быстро зарекомендовал себя как неотъемлемая часть кибербезопасности, особенно в сфере облачных вычислений. Гиганты отрасли, такие как Google и Microsoft, внедряют эту технологию для безопасной обработки и хранения данных клиентов без ущерба для конфиденциальности.
Эта технология обещает переосмыслить безопасность данных на всех платформах, предвещая эпоху беспрецедентной конфиденциальности. Достижение этого будущего требует постоянного совершенствования таких технологий, как FHE и ZKP. Сотрудничество представителей различных дисциплин, включая криптографов, инженеров-программистов, экспертов по аппаратному обеспечению и политиков, имеет решающее значение для навигации по нормативно-правовой среде и содействия более широкому внедрению.
По мере того, как мы приближаемся к новой эре цифрового суверенитета, крайне важно быть в курсе последних событий в таких областях, как FHE и ZKP, где конфиденциальность и безопасность данных органично интегрированы. Постоянное обновление информации позволит нам эффективно ориентироваться в этой развивающейся ситуации и реализовать весь потенциал этих передовых инструментов шифрования.