FHE: encriptação computacional do futuro

A encriptação totalmente homomórfica ( FHE ) é uma técnica criptográfica avançada que permite realizar cálculos diretamente em dados encriptados, permitindo o processamento de dados enquanto protege a privacidade. A FHE tem aplicações potenciais em várias áreas, como finanças, saúde e computação em nuvem, mas a sua comercialização ainda requer tempo, principalmente devido ao seu enorme custo computacional e de memória.

Princípios básicos do FHE

O núcleo do FHE é ocultar informações originais através de polinómios. Por exemplo, para encriptação do número 2, pode-se:

1. Escolha um polinómio de chave s(x)
2. Gerar um polinómio aleatório a(x)
3. Gerar um pequeno polinómio de "ruído" e(x)
4. encriptação resultado c(x) = 2 + a(x)*s(x) + e(x)

A introdução de ruído é para evitar que a chave seja inferida através de múltiplas entradas. Mas o ruído também trouxe problemas - múltiplos cálculos podem levar ao acúmulo de ruído, o que acaba tornando os resultados impossíveis de serem descriptografados corretamente. Para resolver esse problema, o FHE adotou várias técnicas:

• Mudança de chave: compressão do tamanho do texto cifrado
• Mudança de módulo: reduzir o orçamento de ruído
• Auto-inicialização: redefinir o ruído para o nível inicial

Atualmente, os principais esquemas de FHE utilizam tecnologia de auto-bootstrapping, mas seu custo computacional é enorme. A decriptação comum de AES-128 sob FHE pode exigir 500 milhões de vezes mais recursos computacionais normais.

Desafios enfrentados pelo FHE

A DARPA lançou em 2021 o programa DPRIVE, com o objetivo de aumentar a velocidade de cálculo FHE para 1/10 do cálculo normal. O programa foca principalmente nos seguintes aspectos:

1. Aumentar o comprimento da palavra do processador para 1024 bits ou mais
2. Desenvolver processadores ASIC dedicados
3. Construir uma arquitetura paralela MIMD

Apesar disso, o plano DPRIVE ainda não atingiu os objetivos esperados. A implementação da tecnologia FHE ainda enfrenta grandes desafios, especialmente na parte de hardware.

A aplicação de FHE na blockchain

No campo da encriptação, FHE pode ser usado para proteger a privacidade em cadeia, a privacidade dos dados de treino de IA, a privacidade das votações em cadeia, entre outros. Alguns projetos também veem o FHE como uma solução potencial para o problema do MEV. No entanto, transações totalmente encriptadas também podem anular os efeitos positivos trazidos pelo MEV, ao mesmo tempo que aumentam significativamente os requisitos de operação dos nós.

Principais projetos de FHE

Atualmente, os principais projetos de FHE incluem:

• Zama: baseado no esquema TFHE, oferece uma pilha de desenvolvimento completa
• Fhenix: Construir uma camada 2 de Optimism com foco na privacidade
• Privasea: Focado em operações de dados LLM
• Inco Network: Construir FHE Layer 1
• Arcium: fusão de FHE, MPC e ZK tecnologia
• Mind Network: combinação com o modelo Restaking

Octra adotou uma inovadora tecnologia FHE baseada em hipergrafos, e construiu uma nova linguagem de contratos inteligentes e um mecanismo de consenso ML-consensus.

Perspectiva

A tecnologia FHE ainda está em estágio inicial, seu desenvolvimento está atrás da tecnologia ZK. Os principais fatores limitantes incluem altos custos, grande dificuldade de engenharia e perspectivas comerciais incertas. Com a entrada de mais fundos e atenção, espera-se que mais projetos FHE apareçam. A implementação de chips FHE será a chave para a comercialização dessa tecnologia.

Apesar dos muitos desafios, a FHE, como uma tecnologia com amplas perspectivas, promete trazer profundas transformações em áreas como defesa, finanças e saúde. Com o avanço da tecnologia e a expansão dos cenários de aplicação, a FHE certamente chegará ao seu momento de explosão.