O prezentare generală a criptării complet homomorfe (FHE) și a aplicațiilor sale
Deși piața criptografică din 2024 nu mai este la fel de turbulentă ca în trecut, noile tehnologii încă se străduiesc să se maturizeze. O astfel de tehnologie despre care discutăm astăzi este „criptarea complet homomorfă” (FHE).
Vitalik Buterin a publicat un articol despre FHE în luna mai a acestui an și este recomandat celor interesați să îl citească.
Deci, ce este mai exact FHE?
Pentru a înțelege termenul de criptare complet homomorfă (FHE), trebuie să înțelegeți mai întâi ce este „criptarea”, ce înseamnă „homomorfă” și de ce trebuie să fie „complet” homomorfă.
Ce este criptarea?
Majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu criptarea de bază. De exemplu, Alice dorește să îi trimită un mesaj lui Bob, cum ar fi „1314 520”.
Dacă Alice dorește ca o terță parte, C, să transmită mesajul, păstrându-l confidențial, ea poate multiplica fiecare număr cu 2, transformându-l în „2628 1040”.
Când Bob îl primește, el împarte fiecare număr la 2, decriptându-l înapoi la „1314 520”.
Aici, Alice și Bob au folosit criptarea simetrică pentru a trimite mesajul în siguranță prin C, care nu cunoaște conținutul mesajului. Acesta este un scenariu comun în filmele de spionaj în care agenții comunică în siguranță.
Ce este criptarea homomorfă?
Acum, să creștem dificultatea sarcinii lui Alice:
Să presupunem că Alice are doar 7 ani;
Alice știe doar operații aritmetice de bază, cum ar fi înmulțirea cu 2 și împărțirea cu 2.
Acum, Alice trebuie să își plătească factura la electricitate, care este de 400 de dolari pe lună, și datorează 12 luni. Calculul 400 * 12 este prea complex pentru Alice, în vârstă de 7 ani.
Cu toate acestea, ea nu dorește ca alții să știe care este factura ei de electricitate sau durata acesteia, deoarece sunt informații sensibile.
Deci, Alice vrea să îi ceară lui C să o ajute cu calculul fără să aibă încredere în C.
Folosind abilitățile sale aritmetice limitate, Alice criptează numerele prin înmulțire cu 2, spunându-i lui C să calculeze 800 * 24 (adică (400 * 2) * (12 * 2)).
C, un adult cu abilități solide de calcul, calculează rapid 800 * 24 = 19200 și îi spune lui Alice rezultatul. Alice împarte apoi de două ori 19200 la 2 pentru a afla că datorează 4800 $.
Acest exemplu simplu arată o formă de bază de criptare homomorfă. Înmulțirea 800 * 24 este o transformare a 400 * 12, păstrând aceeași formă, de unde „homomorfă”.
Această metodă de criptare permite unei persoane să delege un calcul unei entități neîncrezătoare, păstrând în același timp în siguranță numerele sale sensibile.
De ce ar trebui ca criptarea homomorfică să fie complet homomorfică?
În realitate, problema nu este la fel de simplă ca în lumea ideală. Nu toată lumea are 7 ani și nici nu este la fel de sinceră ca C.
Imaginați-vă un scenariu în care C încearcă să facă o inginerie inversă a numerelor lui Alice folosind forța brută, putând descoperi numerele originale 400 și 12.
Aici intervine criptarea complet homomorfă.
Faptul că Alice înmulțește fiecare număr cu 2 poate fi considerat adăugarea de zgomot. Dacă zgomotul este prea mic, C îl poate sparge cu ușurință.
Astfel, Alice ar putea înmulți cu 4 și adăuga de 8 ori, făcând extrem de dificil pentru C să spargă criptarea.
Totuși, aceasta este doar o criptare homomorfă „parțială”:
- Criptarea lui Alice se aplică doar unor probleme specifice.
- Alice poate utiliza numai anumite operații aritmetice, iar numărul de adunări și înmulțiri nu poate depăși de 15 ori.
„Complet” înseamnă a-i permite lui Alice să efectueze orice număr de criptări prin adunare și înmulțire pe un polinom, delegând complet calculul unei terțe părți și decriptând în același timp rezultatul corect ulterior.
Un polinom foarte lung poate exprima majoritatea problemelor matematice, nu doar pe cele simple, cum ar fi calcularea unei facturi de electricitate.
Adăugarea unui număr nelimitat de straturi de criptare împiedică în mod fundamental C să pătrundă în datele sensibile, obținând o confidențialitate reală.
Astfel, Criptarea complet homomorfă a fost mult timp considerată un sfânt graal în criptografie.
De fapt, înainte de 2009, criptarea homomorfă permitea doar criptarea homomorfă „parțială”.
În 2009, Gentry și alți cercetători au propus noi abordări care au deschis ușa către criptarea complet homomorfă. Cititorii interesați pot consulta paper pentru mai multe detalii.
Aplicații ale criptării complet homomorfe (FHE)
Mulți oameni încă se întreabă care sunt scenariile de aplicare ale criptării complet homomorfe (Fully Homomorphic Encryption – FHE). Unde ar fi nevoie de FHE?
De exemplu-AI.
Știm că o inteligență artificială puternică are nevoie de o mulțime de date, dar o mare parte din aceste date sunt foarte private. Poate FHE să abordeze această problemă „ambele/și”?
Răspunsul este da.
Puteți:
- Criptați datele dvs. sensibile utilizând FHE.
- Furnizarea datelor criptate către AI pentru calcul.
- AI produce un set de texte cifrate care nu pot fi citite.
Inteligența artificială nesupravegheată poate realiza acest lucru deoarece datele sunt în esență vectori pentru aceasta. Inteligența artificială, în special inteligența artificială generativă precum GPT, nu înțelege datele de intrare; ea doar prezice răspunsul cel mai probabil.
Deoarece textul cifrat urmează o regulă matematică, iar dvs. sunteți proprietarul cifrării, puteți:
- Deconectați-vă de la rețea și decriptați textul cifrat local, ca Alice.
- Astfel, inteligența artificială își poate utiliza marea putere de calcul asupra datelor dvs. sensibile fără a le manipula direct.
IA actuală nu poate realiza acest lucru fără a sacrifica confidențialitatea. Gândiți-vă la tot ceea ce introduceți în text simplu la GPT! Pentru a realiza acest lucru, FHE este esențial.
Acesta este motivul pentru care AI și FHE sunt compatibile în mod natural. Totul se reduce la a realiza ambele/și.
Datorită suprapunerii sale atât cu criptarea, cât și cu inteligența artificială, FHE a stârnit un interes considerabil, conducând la diverse proiecte precum Zama, Privasea, Mind Network, Fhenix și Sunscreen, fiecare cu aplicații unice.
Proiectul Privasea AI
Să examinăm un proiect, @Privasea_ai, care este susținut de Binance. Whitepaper-ul său descrie un scenariu precum recunoașterea facială.
Ambele/și: Aparatul poate determina dacă persoana este reală, fără a prelucra informații faciale sensibile.
Prin încorporarea FHE, această provocare poate fi abordată în mod eficient.
Cu toate acestea, calculele FHE din lumea reală necesită o putere de calcul substanțială, deoarece Alice trebuie să efectueze orice număr de adunări și înmulțiri, ceea ce face ca procesele de criptare și decriptare să fie intensive din punct de vedere computațional.
Prin urmare, Privasea construiește o rețea de calcul puternică și o infrastructură de sprijin. Privasea a propus o arhitectură de rețea de tip PoW+ și PoS pentru a aborda problema puterii de calcul.
Recent, Privasea și-a anunțat hardware-ul PoW, denumit WorkHeart USB, care poate fi considerat o parte a rețelei de calcul Privasea. Vă puteți gândi la el ca la un echipament de minerit.
Prețul său inițial este de 0,2 ETH, capabil să extragă 6,66% din totalul token-urilor rețelei.
În plus, există un activ de tip PoS numit StarFuel NFT, care poate fi considerat un „permis de muncă” cu un total de 5000 de unități.
La prețul de 0,2 ETH fiecare, acestea pot câștiga 0,75% din totalul token-urilor rețelei (prin airdrop).
Acest NFT este interesant pentru că este asemănător PoS, dar nu PoS adevărat, încercând să evite întrebarea dacă PoS este o securitate în SUA.
Acest NFT permite utilizatorilor să mizeze tokenuri Privasea, dar nu generează în mod direct recompense PoS. În schimb, dublează eficiența minieră a dispozitivului USB legat, fiind astfel o formă deghizată de PoS.
În concluzie, dacă IA poate adopta pe scară largă tehnologia FHE, ar fi un avantaj semnificativ pentru IA însăși. Multe țări se concentrează pe securitatea și confidențialitatea datelor în reglementarea IA.
De exemplu, în războiul Rusia-Ucraina, unele încercări ale armatei ruse de a utiliza inteligența artificială pot fi compromise din cauza originii americane a multor companii de inteligență artificială, ceea ce ar putea expune operațiunile lor de informații.
Cu toate acestea, evitarea utilizării IA ar duce în mod natural la rămânerea în urmă. Chiar dacă diferența nu este mare acum, în 10 ani, o lume fără inteligență artificială ar putea fi de neimaginat.
Confidențialitatea datelor, de la conflictele naționale la deblocarea feței smartphone-urilor, este omniprezentă în viața noastră.
În era inteligenței artificiale, dacă tehnologia FHE se va maturiza cu adevărat, aceasta va fi, fără îndoială, ultima linie de apărare a umanității.