FHE全同态加密简析:技术原理、应用场景及相关项目

原作者:昊天

Vitaliks 关于 FHE(完全同态加密)的文章曾经人工智能激发了大家对新型加密技术的探索和想象。在我看来,FHE在想象力上确实比ZKP技术高了一个台阶,能够帮助AI+Crypto在更多的应用场景落地。这个该怎么理解呢?

1)定义:FHE全同态加密可以实现对特定形式的加密数据进行操作,不用担心数据暴露和隐私泄露。相比之下,ZKP只能解决加密状态下数据的一致性传输问题,数据接收方只能验证数据方提交的数据真实性,是点对点的加密传输方案;而全同态加密不限制操作主体的范围,因此可以看作是多对多的加密操作方案。

2)工作原理:传统计算机运算都是对明文数据进行,如果数据是加密的,则需要先解密后才能进行计算,这样势必会暴露隐私数据。同态加密构造了一种特殊的加密方案,可以对密文进行同态变换,使得运算结果与明文运算结果保持一致。在同态加密系统中,明文的加法等价于密文的乘法(一条规则),因此如果要对明文数据进行加法,只需要乘以密文即可(等价)。

简单来说,同态加密就是利用特殊的同态变化,使得密文状态下的数据产生与明文相同的结果,只需保证运算规则的同态对应特性即可。

3)应用场景:在传统互联网领域,FHE全同态加密可以广泛应用于云存储、生物识别、医疗健康、金融、广告、基因测序等诸多领域。以生物识别为例,个人指纹、虹膜、人脸等生物特征数据均属于敏感数据,利用FHE技术可以实现这些数据在服务器密文状态下的比对验证;同样,医疗健康领域多年的数据碎片化现象也可以被FHE打破,让不同的医疗架构在不共享原始数据的情况下进行联合分析建模。

在Crypto领域,FHE的应用空间还可以涉及到多个需要隐私的场景,比如游戏、DAO投票治理、MEV保护、隐私交易、监管合规等。以游戏场景为例:平台进行计算来推广游戏,而无需窥探玩家手中的牌,使游戏更加公平;

以 DAO 投票为例,巨鲸可以在不暴露地址和投票数的情况下参与投票治理,协议通过计算产生投票结果。此外,用户可以将加密交易传递给 Mempool,避免暴露目标地址、转账金额等隐私信息。再比如,在监管场景下,政府可以在不检查合法交易隐私数据的情况下,对资金池进行监控,剥离涉黑地址的资产。

4)缺点:值得注意的是,计算机对明文进行常规运算的计算环境往往比较复杂,除了加减乘除之外,还有条件循环、逻辑门判断等,而半同态加密和全同态加密只能在加法和乘法上快速进行,更复杂的运算需要组合和叠加,这会相应增加计算能力需求。

因此,理论上全同态加密可以支持任意计算,但由于性能瓶颈和算法特性,能够高效执行的同态计算种类和复杂度非常有限,一般来说,复杂的计算会需要大量的算力,因此全同态加密的技术实现过程其实是一个 发展 算法优化和算力成本控制优化的过程,尤其注重硬件加速和算力提升之后的性能。

多于

在我看来,虽然FHE全同态加密短时间内难以成熟和应用,但作为ZKP技术的扩展和补充,可以为AI大模型隐私计算、AI数据联合建模、AI协同训练、加密隐私合规交易、加密场景扩展等提供巨大的支撑价值。

本文来源于网络:FHE全同态加密浅析:技术原理、应用场景及相关项目

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